Portada club 97.qxd:Maquetación 1 05/04/13 14:38 Página 1 2ª de forros.qxd:club 05/03/13 16:29 Página 2ªFo1 suma edi Club 97.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:55 Página 1 B ases de los M iCroControladores Editorial Director Ing. Horacio D. Vallejo Producción José María Nieves (Grupo Quark SRL) autor: Varios (ver Editorial) Selección y Coordinación: Ing. Horacio Daniel Vallejo Editorial QUarK S.r.l. Propietaria de los derechos en castellano de la publicación mensual SabEr ElEctrónica - San Ricardo 2072 (1273) - Capital Federal - Buenos Aires Argentina - T.E. 4301-8804 administración y Negocios Teresa C. Jara (Grupo Quark SRL) Patricia Rivero Rivero (SISA SA de CV) Margarita Rivero Rivero (SISA SA de CV) Staff Liliana Teresa Vallejo Mariela Vallejo Diego Vallejo Luis Alberto Castro Regalado (SISA SA de CV) José Luis Paredes Flores (SISA SA de CV) Sistemas: Paula Mariana Vidal red y Computadoras: Raúl Romero Video y animaciones: Fernando Fernández legales: Fernando Flores Contaduría: Fernando Ducach Técnica y Desarrollo de Prototipos: Alfredo Armando Flores atención al Cliente Alejandro Vallejo [email protected] Internet: www.webelectronica.com.mx Publicidad: Rafael Morales [email protected] Club Se: grupo Quark Srl [email protected] editorial Quark Srl San Ricardo 2072 (1273) - Capital Federal www.webelectronica.com.ar La Editorial no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial. Impresión: Talleres Babieca - México Del Editor al Lector La colección Club Saber Electrónica fue pensada como una obra de 12 tomos de edición mensual en la que se tratarán los temas más significativos de la electrónica. Rápidamente comprendimos que esta serie estaba llenando un vacío en la información y por ello decidimos continuarla. Ya llevamos más de 8 años (97 tomos de colección) y pensamos que su vida aún está en pañales. En diversos tomos nos hemos referido a los microcontroladores pero hasta la fecha poco hemos hablado de lenguajes de programación de alto nivel, es por ello que este libro y la siguiente edición tratará este tema de una forma sencilla y con gran contenido práctico. Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria y Unidades de E/S, es decir, se trata de una computadora completa en un solo circuito integrado. Son diseñados para disminuir el costo económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la CPU, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora, utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bit) por que sustituirá a un autómata pequeño; en cambio un reproductor de música y/o vídeo digital (mp3 o mp4) requerirá de un procesador de 32 bit o de 64 bit y de uno o mas códec de señal digital (audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un microcontrolador de 16 bit, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil. Los microcontroladores representan la inmensa mayoría de los chips de computadoras vendidos, un 50% son controladores "simples" y el resto corresponde a procesadores más especializados. Un microcontrolador difiere de una CPU normal, en que es más fácil convertirlo en una computadora en funcionamiento, con un mínimo de chips externos de apoyo. Un microcontrolador típico tendrá un generador de reloj integrado y una pequeña cantidad de memoria RAM y ROM/EPROM/EEPROM/FLASH, significando que para hacerlo funcionar, todo lo que se necesita son unos pocos programas de control y un cristal de sincronización. Los microcontroladores disponen generalmente también de una gran variedad de dispositivos de entrada/salida, como convertidores de analógico a digital, temporizadores, UARTs y buses de interfaz serie especializados, como I2C y CAN. Frecuentemente, estos dispositivos integrados pueden ser controlados por instrucciones de procesadores especializados. Los modernos microcontroladores frecuentemente incluyen un lenguaje de programación integrado, como el BASIC que se utiliza bastante con este propósito. Esperamos que esta breve introducción le sirva como “disparador” para estudiar el contenido en la espera del próximo texto. ¡Hasta el mes próximo! Sobre loS 2 CDS y Su DeSCarga Ud. podrá descargar de nuestra web 2 CDs: “Microcontroladores vol. 1 y 2” con gran cantidad de circuitos para armar y sistemas para experimentar. Todos los CDs son productos multimedia completos con un costo de mercado equivalente a 8 dólares americanos cada uno y Ud. los puede descargar GRATIS con su número de serie por ser comprador de este libro. Para realizar la descarga deberá ingresar a nuestra web: www.webelectronica.com.mx, tendrá que hacer clic en el ícono password e ingresar la clave “MICro97”. Tenga este texto cerca suyo ya que se le hará una pregunta aleatoria sobre el contenido para que pueda iniciar la descarga. Capítulo 1 1 suma edi Club 97.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:55 Página 2 El Mundo de los Microcontroladores EL MunDo DE Los MicrocontroLaDorEs suMario Capítulo 1 los sistemas de NumeraCióN . . . . . . . . . . . . . . . .3 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Qué Pueden Hacer los Microcontroladores . . . . . . . . . . . . .4 Números, Números, Números... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 Sistema de Numeración Binario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 Sistema de Numeración Exadecimal . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Conversión de Sistemas de Numeración . . . . . . . . . . . . . . .8 Conversión de Números Binarios a Decimales . . . . . . . . . .8 Conversión de Números Hexadecimales a Decimales . . . . .9 Conversión de Números Hexadecimales a Binarios . . . . . . .9 Marcar los Números . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Números Negativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 BIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 BYTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 Detalles Importantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 Componentes Básicos de la Lógica Digital . . . . . . . . . . . . .11 Registros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 Puertos de Entrada / Salida (E/S) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 Unidad de Memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 Interrupciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 Unidad Central de Procesamiento (CENTRAL PROCESSOR UNIT - CPU) . . . . . . . . . . . . . . .17 Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 Comunicación en Serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 Velocidad de Transmisión Serial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 I2C Circuito Inter- Integrado (INTER INTEGRATED CIRCUIT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 SPI - Bus Serial de Interfaz de Periféricos (SERIAL PERIPHERAL INTERFACE BUS . . . . . . . . . . . . .18 Oscilador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 Circuito de Alimentación . Fuente de Alimentación . . . . . . .19 Temporizadores – Contadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 ¿Cómo Funcionan los Temporizadores? . . . . . . . . . . . . . .20 Utilizando un Preescalador en el Funcionamiento del Temporizador . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 Utilizando una Interrupción en el Funcionamiento del Temporizador . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 Contadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 Temporizador Perro Guardián. WATCHDOG . . . . . . . . . . .22 Convertidor Digital – Analógico (D/A) . . . . . . . . . . . . . . . . .22 Arquitectura Interna de un Microcontrolador . . . . . . . . . . . .23 2 Club saber electrónica nº 97 Juego de Instrucciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 ¿Cómo se Debe Elegir un Microcontrolador? . . . . . . . . . . .25 Capítulo 2 sistemas de programaCióN: leNguaje mikroC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 Lenguajes de Programación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 Lenguaje Ensamblador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28 Ventajas de los Lenguajes de Programación de Alto Nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28 Lenguaje C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29 Características de el Lenguaje mikroC . . . . . . . . . . . . . . . .30 Fases de la Compilación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 Estructura del Programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 Comentarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33 Tipos de Datos en mikroC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34 Variables y Constantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35 Ámbito de Variables y Constantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39 Clases de Almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 Operadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 Conversión de Tipos de Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 Estructuras de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 Bucles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47 Sentencias de Salto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49 Tipos de Datos Avanzados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 Funciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54 Capítulo 3 los miCroCoNtroladores piC . . . . . . . . . . . . . .63 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63 La Memoria de Programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67 La Memoria de Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67 Los Puertos del PIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68 El Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69 El Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69 Primeras Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70 GPIC USB: Programador de Microcontroladores PIC y Memorias Eeprom por Puerto USB . . . . . . . . . . . . .70 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70 Descripción del Circuito Electrónico . . . . . . . . . . . . . . . . . .70 El Programador Quark Pro 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:50 Página 3 Capítulo 1 eL muNdo de Los microcoNtroLadores “Los sistemas de NumeracióN” Prácticamente desde su aparición, allá por el año 1986, en Saber Electrónica destacamos la importancia de los microcontroladores en el mundo de la electrónica. Hemos escrito más de 50 artículos, 10 libros de texto y varios cursos sobre componentes de distintas familias. Sin embargo, el tema nunca se agota y siempre se puede dar una nueva vista que nos permita conocer cada vez mejor a estos procesadores en un solo chip con los que podemos aprender y capacitarnos en nuestra vida profesional. A partir de este número comenzamos con la edición de un curso de microcontroladores de MicroElectronika (www.mikroe.com) a quienes agradecemos por permitirnos compartir este importantísimo material, invitando a todos los lectores a que visiten la página de referencia para obtener importante material de apoyo. www.mikroe.com IntroduccIón La situación actual en el campo de los microcontroladores se ha producido gracias al desarrollo de la tecnología de fabricación de los cir- cuitos integrados. Este desarrollo ha permitido construir las centenas de miles de transistores en un chip. Esto fue una condición previa para la fabricación de un microprocesador. Las primeras microcomputadoras se fabricaron al añadir- Capítulo 1 3 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:50 Página 4 El Mundo de los Microcontroladores les periféricos externos, tales como memoria, líneas de entrada/salida, temporizadores u otros. El incremento posterior de la densidad de integración permitió crear un circuito integrado que contenía tanto al procesador como periféricos. Así es cómo fue desarrollada la primera microcomputadora en un solo chip, denominada más tarde microcontrolador. Los principiantes en electrónica creen que un microcontrolador es igual a un microprocesador. Esto no es cierto. Difieren uno del otro en muchos sentidos. La primera y la más importante diferencia es su funcionalidad. Para utilizar al microprocesador en una aplicación real, se debe de conectar con componentes tales como memoria o componentes buses de transmisión de datos. Aunque el microprocesador se considera una máquina de computación poderosa, no está preparado para la comunicación con los dispositivos periféricos que se le conectan. Para que el microprocesador se comunique con algún periférico, se deben utilizar los circuitos especiales. Así era en el principio y esta práctica sigue vigente en la actualidad. Por otro lado, al microcontrolador se le diseña de tal manera que tenga todas las componentes integradas en el mismo chip. No necesita de otros componentes especializados para su aplicación, porque todos los circuitos necesarios, que de otra manera correspondan a los periféricos, ya se encuentran incorporados. Así se ahorra tiempo y espacio necesario para construir un dispositivo. Qué Pueden Hacer los MIcrocontroladores Para entender con más facilidad las razones del éxito tan grande de los microcontroladores, vamos a prestar atención al siguiente ejemplo. Hace unos 10 años, diseñar un dispositivo electrónico de control de un ascensor de un edificio de varios pisos era muy difícil, incluso para un equipo de expertos. ¿Ha pensado alguna vez en qué requisitos debe cumplir un simple ascensor? ¿Cómo lidiar con la situación cuando dos o más personas lla- 4 Club Saber Electrónica Nº 97 man al ascensor al mismo tiempo? ¿Cuál llamada tiene la prioridad? ¿Cómo solucionar las cuestiones de seguridad, de pérdida de electricidad, de fallos, de uso indebido? Lo que sucede después de resolver estos problemas básicos es un proceso meticuloso de diseñar los dispositivos adecuados utilizando un gran número de los chips especializados. Este proceso puede tardar semanas o meses, dependiendo de la complejidad del dispositivo. Cuando haya terminado el proceso, llega la hora de diseñar una placa de circuito impreso y de montar el dispositivo. ¡Un dispositivo enorme! Es otro trabajo difícil y tardado. Por último, cuando todo está terminado y probado adecuadamente, pasamos al momento crucial y es cuando uno se concentra, respira profundamente y enciende la fuente de alimentación. Esto suele ser el punto en el que la fiesta se convierte en un verdadero trabajo puesto que los dispositivos electrónicos casi nunca funcionan apropiadamente desde el inicio. Prepárese para muchas noches sin dormir, correcciones, mejoras... y no se olvide de que todavía estamos hablando de cómo poner en marcha un simple ascensor. Cuando el dispositivo finalmente empiece a funcionar perfectamente y todo el mundo esté satisfecho, y le paguen por el trabajo que ha hecho, muchas compañías de desarrollo estarán interesadas en su trabajo. Por supuesto, si tiene suerte, cada día le traerá una oferta de trabajo de un nuevo inversionista. Sin embargo, si lo requieren para trabajar en el control de los elevadores de un nuevo edificio que tiene cuatro pisos más de los que ya maneja su sistema de control. ¿Sabe cómo proceder? ¿Cree acaso que se pueden controlar las demandas de sus clientes? Pensamos que usted va a construir un dispositivo universal que se puede utilizar en los edificios de 4 a 40 pisos, una obra maestra de electrónica. Bueno, incluso si usted consigue construir una joya electrónica, su inversionista le esperará delante de la puerta pidiendo una cámara en el ascensor o una música relajante en caso de fallo de ascensor. O un ascensor con Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:50 Página 5 B aSES dos puertas. De todos modos, la ley de Murphy es inexorable y sin duda usted no podrá tomar ventaja a pesar de todos los esfuerzos que ha hecho. Por desgracia, todo lo que se ha dicho hasta ahora sucede en la realidad. Esto es lo que “dedicarse a la ingeniería electrónica” real- dE loS M iCroCoNtroladorES mente significa. Es así como se hacían las cosas hasta aparición de los microcontroladores diseñados - pequeños, potentes y baratos. Desde ese momento su programación dejó de ser una ciencia, y todo tomó otra dirección ... El dispositivo electrónico capaz de controlar Figura 1 Capítulo 1 5 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:50 Página 6 El Mundo de los Microcontroladores un pequeño submarino, una grúa o un ascensor como el anteriormente mencionado, ahora está incorporado en un sólo chip. Los microcontroladores ofrecen una amplia gama de aplicaciones y sólo algunas se exploran normalmente. Le toca a usted decidir qué quiere que haga el microcontrolador y cargar un programa en él con las instrucciones apropiadas. Antes de encender el dispositivo es recomendable verificar su funcionamiento con ayuda de un simulador. Si todo funciona como es debido, incorpore el microcontrolador en el sistema. Si alguna vez necesita cambiar, mejorar o actualizar el programa, hágalo. ¿Hasta cuándo se deben hacer modificaciones? Hasta quedar satisfecho. Eso puede realizarse sin ningún problema. Vea en la figura 1 una caracterización sobre los pasos que debe seguir un principiante para la programación. Sabía usted que todas las personas pueden ser clasificadas en uno de 10 grupos, en los que están familiarizados con el sistema de numeración binario y en los que no están familiarizados con él. Si no entendió lo anterior significa que todavía pertenece al segundo grupo. Si desea cambiar su estado, lea el siguiente texto que describe brevemente algunos de los conceptos básicos utilizados más tarde en este libro (sólo para estar seguro de que estamos hablando en los mismos términos). ¡Muy simple! ¿Se podría expresar de una forma más desarrollada? Por supuesto que sí: 764 = 4 + 60 + 700 ¿Aún más desarrollado? Sí: 764 = 4*1 + 6*10 + 7*100 ¿Podría este número parecer un poco más “científico”? La respuesta es sí otra vez: 764= 4*100 + 6*101 + 7*102. ¿Qué significa esto realmente? ¿Por qué utilizamos exactamente estos números 100, 101 y 102 ? ¿Por qué es siempre el número 10? Es porque utilizamos 10 dígitos diferentes (0, 1, 2...8, 9). En otras palabras, es porque utilizamos el sistema de numeración en base 10, es decir el sistema de numeración decimal, figura 2. núMeros, núMeros, núMeros... ¡La matemática es una gran ciencia! Todo es tan lógico y simple... El universo de los números se puede describir con sólo diez dígitos. ¿Realmente tiene que ser así? ¿Necesitamos exactamente esos 10 dígitos? Por supuesto que no, es sólo cuestión del hábito. Acuérdese de las lecciones de la escuela. Por ejemplo, ¿qué significa el número 764? Cuatro unidades, seis decenas y siete centenas. 6 Club Saber Electrónica Nº 97 Figura 2 sIsteMa de nuMeracIón BInarIo ¿Qué pasaría si utilizáramos sólo dos números 0 y 1? Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:50 Página 7 B aSES Si sólo pudiéramos afirmar (1) o negar (0) que algo existe. La respuesta es “nada especial”, seguiríamos utilizando los mismos números de la misma manera que utilizamos hoy en día, no obstante ellos parecerían un poco diferentes. Por ejemplo: 11011010. ¿Cuántas son realmente 11011010 páginas de un libro? Para entenderlo, siga la misma lógica como en el ejemplo anterior, pero en el orden invertido. Tenga en cuenta que se trata de aritmética con sólo dos dígitos 0 y 1, es decir, del sistema de numeración en base 2 (sistema de numeración binario). Vea la figura 3. Evidentemente, se trata del mismo número representado en dos sistemas de numeración diferentes. La única diferencia entre estas dos representaciones yace en el número de dígitos necesarios para escribir un número. Un dígito (2) se utiliza para escribir el número 2 en el sistema decimal, mientras que dos dígitos (1 y 0) se utilizan para escribir aquel número en el sistema binario. ¿Ahora está de acuerdo que hay 10 grupos de gente? ¡Bienvenido al mundo de la aritmética binaria! ¿Tiene alguna idea de dónde se utiliza? Excepto en las condiciones de laboratorio estrictamente controladas, los circuitos electrónicos más complicados no pueden especificar con exactitud la diferencia entre dos magnitudes (dos valores de voltaje, por ejemplo), si son demasiado pequeños (más pequeños que unos dE loS M iCroCoNtroladorES pocos voltios). La razón son los ruidos eléctricos y fenómenos que se presentan dentro de lo que llamamos “entorno de trabajo real” (algunos ejemplos de estos fenómenos son los cambios imprevisibles de la tensión de alimentación, cambios de temperatura, tolerancia a los valores de los componentes etc...). Imagínese una computadora que opera sobre números decimales al tratarlos de la siguiente manera: 0=0V, 1=5V, 2=10V, 3=15V, 4=20V... 9=45V ¿Alguien dijo baterías? Una solución mucho más fácil es una lógica binaria donde 0 indica la ausencia de voltaje, mientras que 1 indica la presencia de voltaje. Simplemente, es fácil de Figura 3 escribir 0 o 1 en vez de “no hay voltaje” o “ hay voltaje”. Mediante el cero lógico (0) y uno lógico (1) la electrónica se enfrenta perfectamente y realiza con facilidad todas las operaciones aritméticas. Evidentemente, se trata de electrónica que en realidad aplica aritmética en la que todos los números son representados con sólo dos dígitos y donde sólo es importante saber si hay voltaje o no. Por supuesto, estamos hablando de electrónica digital. sIsteMa de nuMeracIón exadecIMal En el principio del desarrollo de las computadoras era evidente que a la gente le costaba mucho trabajar con números binarios. Por eso, se estableció un nuevo sistema de numeración, que utilizaba 16 símbolos diferentes. Es llamado el sistema de numeración hexadecimal. Este sistema está compuesto de 10 dígitos a los que estamos acostumbrados (0, 1, 2, 3,... 9) y de seis letras del alfabeto A, B, C, D, E y F. ¿Cuál es el propósito de esta combinación aparentemente extraña? Basta con mirar cómo todo en la historia de Capítulo 1 7 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:50 Página 8 El Mundo de los Microcontroladores los números binarios encaja perfectamente para lograr una mejor comprensión del tema. Vea la figura 4. Figura 4 El mayor número que puede ser representado con 4 dígitos binarios es el número 1111. Corresponde al número 15 en el sistema decimal. En el sistema hexadecimal ese número se representa con sólo un dígito F. Es el mayor número de un dígito en el sistema hexadecimal. ¿Se da cuenta de la gran utilidad de estas equivalencias? El mayor número escrito con ocho dígitos binarios es a la vez el mayor número de dos dígitos en el sistema hexadecimal. Tenga en cuenta que una computadora utiliza números binarios de 8 dígitos. ¿Acaso se trata de una casualidad? códIgo Bcd El código BCD (Binary-Coded Decimal Código binario decimal) es un código binario utilizado para representar a los números decimales. Se utiliza para que los circuitos electrónicos puedan comunicarse con los periféricos utilizando el sistema de numeración decimal o bien utilizando el sistema binario dentro de “su propio mundo”. Consiste en números binarios de 4 dígitos que representan los primeros diez dígitos (0, 1, 2, 3...8, 9). Aunque cuatro dígitos pueden hacer 16 combinaciones posibles en total, el código BCD normalmente utiliza a las primeras diez. conversIón de sIsteMas de nuMeracIón El sistema de numeración binario es el que utilizan los microcontroladores, el sistema deci- 8 Club Saber Electrónica Nº 97 mal es el que nos resulta más comprensible, mientras que el sistema hexadecimal presenta un balance entre los dos. Por eso, es muy importante aprender cómo convertir los números de un sistema de numeración a otro, por ejemplo, cómo convertir una serie de ceros y unos a una forma de representación comprensible para nosotros. conversIón de núMeros BInarIos a decIMales Los dígitos en un número binario tienen ponderaciones diferentes lo que depende de sus posiciones dentro del número que están representando. Además, cada dígito puede ser 1 o 0, y su ponderación se puede determinar con facilidad al contar su posición empezando por la derecha. Para hacer una conversión de un número binario a decimal es necesario multiplicar las ponderaciones con los dígitos correspondientes (0 o 1) y sumar todos los resultados. La magia de la conversión de un número binario a decimal funciona de maravilla... ¿Tiene dudas? Vea el ejemplo de la figura 5. Figura 5 Cabe destacar que es necesario utilizar sólo dos dígitos binarios para representar a todos los números decimales de 0 a 3. Por consiguiente, para representar los números de 0 a 7 es necesario utilizar tres dígitos binarios, para representar los números de 0 a 15 - cuatro dígitos etc. Dicho de manera sencilla, el mayor número binario que se puede representar utilizando n dígitos se obtiene al elevar la base 2 a la potencia n. Luego, al resultado se le resta 1. Por ejemplo, si n=4: 24 - 1 = 16 - 1 = 15 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:50 Página 9 B aSES Por consiguiente, al utilizar 4 dígitos binarios, es posible representar los números decimales de 0 a 15, que son 16 valores diferentes en total. conversIón de núMeros HexadecIMales a decIMales Para realizar una conversión de un número hexadecimal a decimal, cada dígito hexadecimal debe ser multiplicado con el número 16 elevado al valor de su posición. Como ejemplo, vea la representación de la figura 6. dE loS M iCroCoNtroladorES je”? Dependiendo del sistema en cuestión (binario, decimal o hexadecimal), el resultado podría ser 6, 110 o 272 productos, respectivamente. Por consiguiente, para evitar equivocaciones, diferentes prefijos y sufijos se añaden directamente a los números. El prefijo $ o 0x así como el sufijo h marca los números en el sistema hexadecimal. Por ejemplo, el número hexadecimal 10AF se puede escribir así: $10AF, 0x10AF o 10AFh. De manera similar, los números binarios normalmente obtienen el sufijo % o 0B. Si un número no tiene ni sufijo ni prefijo se considera decimal. Desafortunadamente, esta forma de marcar los números no es Figura 6 estandarizada, por consiguiente depende de la aplicación concreta. La mostrada en la figura 8 es tabla comparativa que contiene los valores de números 0255 representados en tres sistemas de numeración diferentes. conversIón de núMeros HexadecIMales BInarIos a No es necesario realizar ningún cálculo para convertir un número hexadecimal a binario. Los dígitos hexadecimales se reemplazan simplemente por los cuatro dígitos binarios apropiados. Ya que el dígito hexadecimal máximo es equivalente al número decimal 15, es necesario utilizar cuatro dígitos binarios para representar un dígito hexadecimal. Vea la figura 7. Figura 7 Figura 8 Marcar los núMeros El sistema de numeración hexadecimal, junto con los sistemas binario y decimal, se consideran los más importantes para nosotros. Es fácil realizar una conversión de cualquier número hexadecimal a binario, además es fácil de recordarlo. Sin obstante, estas conversiones pueden provocar una confusión. Por ejemplo, ¿qué significa en realidad la sentencia: “Es necesario contar 110 productos en una cadena de monta- núMeros negatIvos Como ya hemos visto, para escribir un número negativo en matemáticas, basta con añadirle el prefijo “-” (signo menos). Sin embargo, en la programación, al acabarse el proceso de la compilación, se quedan sólo los números binarios, Capítulo 1 9 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:50 Página 10 El Mundo de los Microcontroladores volviéndose las cosas más complicadas. Se utilizan sólo dos dígitos - 0 y 1, mientras que todos los demás números, símbolos y signos se forman por medio de las combinaciones de estos dos dígitos. En el caso de los números negativos, la solución es la siguiente: “En los números negativos, el bit más significativo (el bit del extremo izquierdo) representa el signo del número (donde 0 será positivo y 1 negativo)”. En el caso de un número de 8 bits, para representar un valor numérico sólo quedan 7 bits. De acuerdo a este tipo de codificación el número +127 es el mayor número positivo con signo que se puede representar con 8 bits. Asimismo, hay cero (0) positivo y negativo (refiérase a la siguiente tabla). el número 444 son los mismos pero tienen los valores diferentes), el “significado” de un bit depende de la posición que tiene en número binario. En los números binarios, sus dígitos se denominan el bit cero (el primer bit a la derecha), el primer bit (el segundo bit a la derecha) etc. Además, ya que el sistema binario utiliza solamente dos dígitos (0 y 1), el valor de un bit puede ser 0 o 1. No se confunda si se encuentra con un bit que tiene el valor 4, 16 o 64. Son los valores representados en el sistema decimal. Simplemente, nos hemos acostumbrado tanto a utilizar los números decimales que estas expresiones llegaron a ser comunes. Sería correcto decir por ejemplo, “el valor del sexto bit en cualquier número binario equivale al número decimal 64”. Pero todos somos humanos y los viejos hábitos mueren difícilmente. Además, ¿cómo le suena “número uno-uno-cero-uno-cero...”? BYte ¿Se puede saber de qué número se trata? Por ejemplo, si ponemos el número 10000001, ¿es -1 o 129? No se preocupe, de eso se encarga el compilador. Ésta es la razón por la que se declaran variables al escribir el programa, mientras tanto, mire la tabla 1 para interpretar lo que estamos diciendo. Bueno, de eso vamos a hablar a continuación. BIt La teoría dice que un bit es la unidad básica de información... Vamos a olvidarlo por un momento y demostrar qué es eso en la práctica. La respuesta es nada especial- un bit es un sólo dígito binario. Similar a un sistema de numeración decimal en el que los dígitos de un número no tienen la misma ponderación (por ejemplo, los dígitos en 10 Club Saber Electrónica Nº 97 Un byte consiste en 8 bits colocados uno junto al otro. Si un bit es un dígito, es lógico que los bytes representen los números. Todas las operaciones matemáticas se pueden realizar por medio de ellos, como por medio de los números decimales comunes. Similar a los dígitos de cualquier número, los dígitos de un byte no tienen el mismo significado. El bit del extremo izquierdo tiene la mayor ponderación, por eso es denominado el bit más significativo (MSB). El bit del extremo derecho tiene la menor ponderación, por eso es denominado el bit menos significativo (LSB). Puesto que los 8 dígitos de un byte se pueden combinar de 256 maneras diferentes, el mayor número decimal que se puede representar con un byte es 255 (una combinación representa un cero). Un nibble o un cuarteto representa una mitad de byte. Dependiendo de la mitad del número en cuestión (izquierda o derecha), se les denomina nibbles “altos” o “bajos”, respectivamente (figura 9). Usted seguramente ha pensado alguna vez en cómo es la electrónica dentro de un circuito Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:50 Página 11 B aSES Figura 9 integrado digital, un microcontrolador o un microprocesador. ¿Cómo son los circuitos que realizan las operaciones matemáticas complicadas y toman decisiones? ¿Sabía que sus esquemas, aparentemente complicadas consisten en sólo unos pocos elementos diferentes, denominados circuitos lógicos o compuertas lógicas? detalles IMPortantes El funcionamiento de estos elementos es basado en los principios establecidos por el matemático británico George Boole en la mitad del siglo 19 - es decir, ¡antes de la invención de la primera bombilla! En breve, la idea principal era de expresar las formas lógicas por medio de las funciones algebraicas. Tal idea pronto se transformó en un producto práctico que se convirtió más tarde en lo que hoy en día conocemos como circuitos lógicos Y (AND), O (OR) o NO (NOT). El principio de su funcionamiento es conocido como algebra de Boole. coMPonentes BásIcos de la lógIca dIgItal Algunas instrucciones de programa utilizadas por un microcontrolador funcionan de la misma manera que las compuertas lógicas, pero en forma de comandos. A continuación vamos a explicar el principio de su funcionamiento. compuerta Y (and) Una compuerta lógica “Y” dispone de dos o más entradas y de una salida. En este caso la compuerta utilizada dispone de sólo dos entradas. Un uno lógico (1) aparecerá en su salida dE loS M iCroCoNtroladorES sólo en caso de que ambas entradas (A Y B) sean llevadas a alto (1). La tabla a la derecha de la figura 10 (en la que también se muestra el símbolo de esta compuerta) es la tabla de verdad que muestra la relación entre las entradas y salidas de la compuerta. El principio de funcionamiento es el mismo cuando la compuerta disponga de más de dos entradas: la salida proporciona un uno lógico (1) sólo si todas las entradas son llevadas a alto (1). Vea la figura 11. Figura 10 Figura 11 Cualquier otra combinación de voltajes de entrada proporcionará un cero lógico (0) en su salida. Utilizada en el programa, la operación Y lógico es realizada por una instrucción de programa, de la que vamos a hablar más tarde. Por ahora basta con conocer que Y lógico en un programa se refiere a la realización de este tipo de operación sobre los bits correspondientes de dos registros diferentes. compuerta o (or) De manera similar, la compuerta O, cuyo símbolo se observa en la figura 12, también dispone de dos o más entradas y de una salida. Si la compuerta dispone de sólo dos entradas, es aplicable lo siguiente: la salida proporciona un uno lógico (1) si una u otra entrada (A o B) es llevada a alto (1). En caso de que la compuerta O Capítulo 1 11 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:50 Página 12 El Mundo de los Microcontroladores disponga de más de dos entradas, es aplicable lo siguiente: La salida proporciona un uno lógico (1) si por lo menos una entrada es llevada a alto (1). Si todas las entradas están a cero lógico (0), la salida estará a cero lógico (0) también. Vea la figura 13. Figura 12 Figura 13 En un programa, la operación O lógico se realiza de la misma manera que la operación Y. compuerta no (not) La compuerta lógica NO dispone de una sola entrada y una sola salida, por lo que funciona muy simplemente, figura 14. Cuando un cero lógico (0) aparezca en su entrada, la salida proporciona un uno lógico (1) y viceversa. Esto significa que esta compuerta invierte las señales por sí mismas y por eso es denominada inversor. En el programa la operación lógica NO se realiza sobre un byte. El resultado es un byte con los bits invertidos, figura 15. Si los bits de un byte se consideran número, el valor invertido es un complemento a ese número. El complemento de un número es el valor que se añade al número hasta llegar al mayor número binario de 8 dígitos. En otras palabras, la suma de un dígito de 8 números y de su complemento es siempre 255. compuerta xor (o exclusiva) La compuerta XOR (O EXCLUSIVA) es un poco complicada en comparación con las demás. Representa una combinación de todas las compuertas anteriormente descritas y su símbolo se puede ver en la figura 16. La salida proporciona un uno lógico (1) sólo si sus entradas están en estados lógicos diferentes. En el programa, esta operación se utiliza con frecuencia para comparar dos bytes. La resta se puede utilizar con el mismo propósito (si el resultado es 0, los bytes son iguales). A diferencia de la resta, la ventaja de esta operación lógica es que no es posible obtener los resultados negativos. En la figura 17 puede apreciar cómo es la correspondencia entre entradas y salidas. Figura 16 Figura 17 Figura 14 Figura 15 regIstros Un registro o una celda de memoria es un circuito electrónico que puede memorizar el estado de un byte. 12 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 13 B aSES M iCroCoNtroladorES dE loS En otras palabras, el estado de los bits de registros se fija dentro de programa, los registros SFR dirigen los pequeños circuitos dentro del microcontrolador, estos circuitos se conectan por los pines del microcontrolador a un dispositivo periférico utilizado para... bueno, depende de usted. Figura 18 En la figura 18 tenemos un esquena que ejemplifica el funcionamiento de un registro. Puertos de entrada / salIda (e/s) registros sFr A diferencia de los registros que no tienen ninguna función especial y predeterminada, cada microcontrolador dispone de un número de Para hacer útil un microcontrolador, hay que conectarlo a un dispositivo externo, o sea, a un periférico. Cada microcontrolador tiene uno o más registros (denominados puertos) conectados a los pines en el microcontrolador, figura 20. ¿Por qué se denominan puertos de entrada/salida? Porque usted puede cambiar la función de cada pin como quiera. Por ejemplo, usted desea que su dispositivo encienda y apague los tres señales LEDs y que simultáneamente monitoree el estado lógico de 5 sensores o botones de Figura 19 presión. Uno de los puertos debe estar configurado de tal manera que haya tres salidas (conectadas a los LEDs) y cinco entradas (conectadas a los sensores). Eso se realiza simplemente por medio de software, lo que significa que la función de algún pin registros de funciones especiales (SFR), con la función predeterminada por el fabricante. Sus bits están conectados a los circuitos internos del microcontrolador tales como temporizadores, convertidores A/D, osciladores entre otros, lo que significa que directamente manejan el funcionamiento de estos circuitos, o sea del microcontrolador. Imagínese ocho interruptores que manejan el funcionamiento de un circuito pequeño dentro del microcontrolador. Los registros SFR hacen exactamente lo mismo. Vea en la figura 19 un diagrama en bloques de aplicación de estos registros. Figura 20 Capítulo 1 13 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 14 El Mundo de los Microcontroladores puede ser cambiada durante el funcionamiento. Una de las características más importantes de los pines de entrada/salida (E/S) es la corriente máxima que pueden entregar/recibir. En la mayoría de los microcontroladores la corriente obtenida de un pin es suficiente para activar un LED u otro dispositivo de baja corriente (10-20mA). Mientras más pines de E/S haya, más baja es la corriente máxima de un pin. En otras palabras, todos los puertos de E/S comparten la corriente máxima declarada en la hoja de especificación técnica del microprocesador. Otra característica importante de los pines es que pueden disponer de los resistores pull-up. Estos resistores conectan los pines al polo positivo del voltaje de la fuente de alimentación y su efecto se puede ver al configurar el pin como una entrada conectada a un interruptor mecánico o a un botón de presión. Las últimas versiones de los microcontroladores tienen las resistencias pull-up configurables por software. Cada puerto de E/S normalmente está bajo el control de un registro SFR especializado, lo que significa que cada bit de ese registro determina el estado del pin correspondiente en el microcontrolador. Por ejemplo, al escribir un uno lógico (1) a un bit del registro de control (SFR), el pin apropiado del puerto se configura automáticamente como salida. Eso significa que el voltaje llevado a ese pin se puede leer como 0 o 1 lógico. En caso contrario, al escribir 0 al registro SFR, el pin apropiado del puerto se configura como salida. Su voltaje (0V o 5V) corresponde al estado del bit apropiado del registro del puerto. Figura 21 De manera similar, cada dirección de memoria corresponde a una localidad de memoria. El contenido de cualquier localidad se puede leer y se le puede acceder al direccionarla. La memoria se puede escribir en la localidad o leer. Hay varios tipos de memoria dentro del microcontrolador: Memoria roM – Memoria de sólo lectura ROM: Read Only Memory. La memoria ROM se utiliza para guardar permanentemente el programa que se está ejecutando. El tamaño de programa que se puede escribir depende del tamaño de esta memoria. Los microcontroladores actuales normalmente utilizan el direccionamiento de 16 bits, que significa que son capaces de direccionar hasta 64 Kb de memoria, o sea 65535 localidades. Por ejemplo, si usted es principiante, su programa excederá pocas veces el límite de varios cientos de instrucciones. Hay varios tipos de memoria ROM: unIdad de MeMorIa La unidad de memoria es una parte del microcontrolador utilizada para almacenar los datos, figura 21. La manera más fácil de explicarlo es compararlo con un armario grande con muchos cajones. Si marcamos los cajones claramente, será fácil acceder a cualquiera de sus contenidos al leer la etiqueta en la parte delantera del cajón. 14 Club Saber Electrónica Nº 97 rom de Máscara (enmascarada) - MroM La ROM enmascarada es un tipo de ROM cuyo contenido es programado por el fabricante. El término “de máscara” viene del proceso de fabricación, donde las partes del chip se plasman en las mascaras utilizadas durante el proceso de fotolitografía. En caso de fabricación de grandes series, el precio es muy bajo. Olvide la idea de modificarla... Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 15 B aSES otP roM (one time Programmable roM) roM programable una sola vez La memoria programable una sola vez permite descargar un programa en el chip, pero como dice su nombre, una sola vez. Si se detecta un error después de descargarlo, lo único que se puede hacer es descargar el programa correcto en otro chip. Figura 22 uv eProM (uv erasable Programmable roM) - roM programable borrable por rayos ultravioleta El encapsulado de esta memoria, figura 22, tiene una “ventana” reconocible en la parte alta. Eso permite exponer la superficie del chip de silicio a la luz de ultravioleta y borrar el programa completamente en varios minutos. Luego es posible descargar un nuevo programa en él. La instalación de esta ventana es complicada, lo que por supuesto afecta al precio. Desde nuestro punto de vista, desgraciadamente, de manera negativa... dE loS M iCroCoNtroladorES pequeña escala. Por la gran popularidad de esta memoria, la mayoría de los microcontroladores se fabrican con tecnología flash hoy en día. Si usted va a comprar un microcontrolador, ¡éste es en definitiva la opción perfecta! Memoria raM – Memoria de acceso aleatorio RAM: Random Access Memory. Al apagar la fuente de alimentación, se pierde el contenido de la memoria RAM. Se utiliza para almacenar temporalmente los datos y los resultados inmediatos creados y utilizados durante el funcionamiento del microcontrolador. Por ejemplo, si el programa ejecuta la adición (de cualquier cosa) es necesario tener un registro que representa lo que se llama “suma” en vida cotidiana. Con tal propósito, uno de los registros de la RAM es denominado “suma” y se utiliza para almacenar los resultados de la adición. Memoria eeProM – roM Programable y Borrable eléctricamente EEPROM: Electricall y Erasable Programmable ROM. El contenido de la EEPROM se puede cambiar durante el funcionamiento (similar a la RAM), pero se queda permanentemente guardado después de la pérdida de la fuente de alimentación (similar a la ROM). Por lo tanto, la EEPROM se utiliza con frecuencia para almacenar los valores creados durante el funcionamiento, que tienen que estar permanentemente guardados. Por ejemplo, si usted ha Memoria Flash Este tipo de memoria se inventó en los años 80 en los laboratorios de la compañía INTEL, como forma desarrollada de la memoria UV EPROM. Ya que es posible escribir y borrar el contenido de esta memoria prácticamente un número ilimitado de veces, los microcontroladores con memoria Flash son perfectos para estudiar, experimentar y para la fabricación en Capítulo 1 15 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 16 El Mundo de los Microcontroladores diseñado una llave electrónica o un alarma, sería estupendo permitir al usuario crear e introducir una contraseña por su cuenta. Por supuesto, la nueva contraseña tiene que estar guardada al apagar la fuente de alimentación. En tal caso una solución perfecta es el microcontrolador con una EEPROM embebida. InterruPcIones La mayoría de programas utilizan interrupciones durante ejecución de programa regular. El propósito del microcontrolador generalmente consiste en reaccionar a los cambios en su entorno. En otras palabras, cuando ocurre algo, el microcontrolador reacciona de alguna manera... Por ejemplo, al apretar el botón del mando a distancia, el microcontrolador lo registra y responde al comando cambiando de canal, subiendo o bajando el volumen etc. Si el microcontrolador pasará la mayoría del tiempo comproban- 16 Club Saber Electrónica Nº 97 do varios botones sin parar - las horas, los días, esto no sería nada práctico. Por lo tanto, el microcontrolador “aprendió un truco” durante su evolución. En vez de seguir comprobando algún pin o bit, el microconrolador deja su “trabajo de esperar” a un “experto” que reaccionará sólo en caso de que suceda algo digno de atención. La señal que informa al procesador central acerca de tal acontecimiento se denomina INTERRUPCIÓN. Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 17 B aSES unIdad central de ProcesaMIento (central Processor unIt - cPu) Como indica su nombre, esto es una unidad que controla todos los procesos dentro del microcontrolador. dE loS direccionar la memoria. Se utiliza para transmitir la dirección de la CPU a la memoria. El bus de datos es tan ancho como los datos, en este caso es de 8 bits o líneas de ancho. Se utiliza para conectar todos los circuitos dentro del microcontrolador. Figura 23 Consiste en varias unidades más pequeñas, figura 23, de las que las más importantes son: • Decodificador de instrucciones es la parte que descodifica las instrucciones del programa y acciona otros circuitos basándose en esto. El “conjunto de instrucciones” que es diferente para cada familia de microcontrolador expresa las capacidades de este circuito; • Unidad lógica aritmética (Arithmetical Logical Unit - ALU) realiza todas las operaciones matemáticas y lógicas sobre datos; y • Acumulador o registro de trabajo. Es un registro SFR estrechamente relacionado con el funcionamiento de la ALU. Es utilizado para almacenar todos los datos sobre los que se debe realizar alguna operación (sumar, mover). También almacena los resultados preparados para el procesamiento futuro. Uno de los registros SFR, denominado Registro Status (PSW), está estrechamente relacionado con el acumulador. Muestra el “estado” de un número almacenado en el acumulador (el número es mayor o menor que cero etc.) en cualquier instante dado. Bus El bus está formado por 8, 16 o más cables. Hay dos tipos de buses: el bus de direcciones y el bus de datos. El bus de direcciones consiste en tantas líneas como sean necesarias para M iCroCoNtroladorES coMunIcacIón en serIe La conexión paralela entre el microcontrolador y los periféricos a través de los puertos de entrada/salida es una solución perfecta para las distancias cortas “hasta varios metros”, figura 24. No obstante, en otros casos cuando es necesario establecer comunicación entre dos dispositivos a largas distancias no es posible utilizar la conexión paralela. En vez de eso, se utiliza la conexión en serie. Figura 24 Hoy en día, la mayoría de los microcontroladores llevan incorporados varios sistemas diferentes para la comunicación en serie, como un equipo estándar. Cuál de estos sistemas se utilizará en un caso concreto, depende de muchos factores, de los que más importantes son: • ¿Con cuántos dispositivos el microcontrolador tiene que intercambiar los datos? • ¿Cuál es la velocidad del intercambio de datos obligatoria? Capítulo 1 17 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 18 El Mundo de los Microcontroladores • ¿Cuál es la distancia entre los dispositivos? • ¿Es necesario transmitir y recibir los datos simultáneamente? Una de las cosas más importantes en cuanto a la comunicación en serie es el “Protocolo” que debe ser estrictamente observado. Es un conjunto de reglas que se aplican obligatoriamente para que los dispositivos puedan interpretar correctamente los datos que intercambian mutuamente. Afortunadamente, los microcontroladores se encargan de eso automáticamente, así que el trabajo de programador/usuario es reducido a la escritura y lectura de datos. velocIdad de transMIsIón serIal La velocidad de transmisión serial (baud rate) es el término utilizado para denotar el número de bits transmitidos por segundo (bps). Figura 25 entre ellos es corta (el receptor y el transmisor están normalmente en la misma placa de circuito impreso). La conexión se establece por medio de dos líneas - una se utiliza para transmitir los datos, mientras que la otra se utiliza para la sincronización (la señal de reloj). Como se muestra en la figura 25, un dispositivo es siempre el principal (master - maestro), el que realiza el direccionamiento de un chip subordinado (slave - esclavo) antes de que se inicie la comunicación. De esta manera un microcontrolador puede comunicarse con 112 dispositivos diferentes. La velocidad de transmisión serial es normalmente 100 kb/seg (el modo estándar) o 10 Kb/seg (modo de velocidad de transmisión baja). Recientemente han aparecido los sistemas con la velocidad de transmisión serial 3.4 Mb/sec. La distancia entre los dispositivos que se comunican por el bus I2C está limitada a unos metros. ¡Fíjese que este término se refiere a bits, y no a bytes! El protocolo normalmente requiere que cada byte se transmita junto con varios bits de control. Eso quiere decir que un byte en un flujo de datos serial puede consistir en 11 bits. Por ejemplo, si velocidad de transmisión serial es 300 bps un máximo de 37 y un mínimo de 27 bytes se pueden transmitir por segundo. Los sistemas de comunicación serial más utilizados son: I2c cIrcuIto Inter- Integrado (Inter Integrated cIrcuIt) Circuito inter-integrado es un sistema para el intercambio de datos serial entre los microcontroladores y los circuitos integrados especializados de generación. Se utiliza cuando la distancia 18 Club Saber Electrónica Nº 97 sPI - Bus serIal de InterFase de PerIFérIcos (serIal PerIPHeral InterFace Bus) Un bus serial de interfase de periféricos es un sistema para la comunicación serial que utiliza hasta cuatro líneas (normalmente solo son necesarias tres) para recibir los datos, para transmitir los datos, para sincronizar y (opcional) para seleccionar el dispositivo con el que se comunica, figura 26. Esto es la conexión full duplex, lo que significa que los datos se envían y se reciben simultáneamente. La velocidad de transmisión máxima es mayor que en el sistema de conexión I2C. Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 19 B aSES Figura 26 uart – transMIsor – recePtor asIncrónIco unIversal (unIversal asYncHronous receIver/transMItter) - transMIsorEste tipo de conexión es asincrónica o asíncrona, lo que significa que no se utiliza una línea especial para transmitir la señal de reloj. En algunas aplicaciones este rasgo es crucial (por ejemplo, en mandar datos a distancia por RF o por luz infrarroja). Puesto que se utiliza sólo una línea de comunicación, tanto el receptor como el transmisor reciben y envían los datos a velocidad misma que ha sido predefinida para mantener la sincronización necesaria. Esto es una manera simple de transmitir datos puesto que básicamente representa una conversión de datos de 8 bits de paralelo a serial. La velocidad de transmisión no es alta, es hasta 1 Mbit/sec. dE loS M iCroCoNtroladorES lador (figura 27) permiten el funcionamiento armónico y síncrono de todos los circuitos del microcontrolador. El oscilador se configura normalmente de tal manera que utilice un cristal de cuarzo o resonador cerámico para estabilización de frecuencia. Además, puede funcionar como un circuito autónomo (como oscilador RC). Es importante decir que las instrucciones del programa no se ejecutan a la velocidad impuesta por el mismo oscilador sino varias veces más despacio. Eso ocurre porque cada instrucción se ejecuta en varios ciclos del oscilador. En algunos microcontroladores se necesita el mismo número de ciclos para ejecutar todas las instrucciones, mientras que en otros el tiempo de ejecución no es el mismo para todas las instrucciones. Por consiguiente, si el sistema utiliza el cristal de cuarzo con una frecuencia de 20MHZ, el tiempo de ejecución de una instrucción de programa no es 50 nS, sino 200, 400 o 800 nS dependiendo del tipo del microcontrolador. oscIlador cIrcuIto de alIMentacIón Fuente de alIMenta cIón Los pulsos uniformes generados por el osciFigura 27 Hay que mencionar dos cosas dignas de atención con relación al circuito de la fuente de alimentación de microcontroladores: • Brown out es un estado potencialmente peligroso que ocurre al apagar el microcontrolador o en caso de que el voltaje de la fuente de alimentación salga de unos márgenes debido al ruido eléctrico. Como el microcontrolador dispone de varios circuitos que funcionan a niveles de voltaje diferentes, ese estado puede causar un comportamiento descontrolado. Para evitarlo, el microcontrolador normalmente tiene un circuito incorporado para el Capítulo 1 19 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 20 El Mundo de los Microcontroladores brown out reset. El circuito reinicia inmediatamente el microcontrolador si el voltaje de alimentación cae por debajo del límite. • el pin de reset (reinicio), marcado frecuentemente con MCLR (Master Clear Reset), sirve para el reinicio externo del microcontrolador al aplicar un cero (0) o un uno (1) lógico dependiendo del tipo del microcontrolador. En caso de que el circuito brown out no esté incorporado, un simple circuito externo para el brown out reset se puede conectar al pin MCLR. teMPorIzadores – contadores El oscilador del microcontrolador utiliza cristal de cuarzo para su funcionamiento. Aunque no se trata de la solución más simple, hay muchas razones para utilizarlo. La frecuencia del oscilador es definida con precisión y muy estable, así que siempre genera los pulsos del mismo ancho, lo que los hace perfectos para medición de tiempo. Tales osciladores se utilizan en los relojes de cuarzo. Si es necesario medir el tiempo transcurrido entre dos eventos, basta con contar los pulsos generados por este oscilador. Esto es exactamente lo que hace el temporizador y su representación la podemos observar en la figura 28. Figura 28 20 Club Saber Electrónica Nº 97 La mayoría de los programas utiliza estos cronómetros electrónicos en miniatura. Generalmente son registros SFR de 8 o 16 bits cuyo contenido se aumenta automáticamente con cada pulso. ¡Una vez que se llena el registro, se genera una interrupción! Si el temporizador utiliza el oscilador de cuarzo interno para su funcionamiento, es posible medir el tiempo entre dos eventos (el valor de registro en el momento de iniciar la medición es T1, en el momento de finalizar la medición es T2, el tiempo transcurrido es igual al resultado de la resta T2 - T1). Si los registros se aumentan con los pulsos que vienen de la fuente externa, tal temporizador se convierte en un contador. Esto es una explicación simple de su funcionamiento. Es un poco más complicado en práctica. ¿cóMo FuncIonan los teMPorIzadores? En la práctica los pulsos generados por el oscilador de cuarzo son llevados al circuito una vez por cada ciclo de máquina directamente o por el pre-escalador, lo que aumenta el número en el registro del temporizador. Si una instrucción (un ciclo de máquina generalmente) dura cuatro períodos del oscilador de cuarzo, este número será cambiado un millón de veces por segundo (cada microsegundo) al incorporar al cuarzo que oscila con una frecuencia de 4MHz. Es fácil de medir los intervalos de tiempo cortos de la manera descrita anteriormente (hasta 256 microsegundos porque es el mayor número que un registro puede contener). Esta obvia desventaja se puede superar de varias maneras: al utilizar el oscilador más lento, por medio de registros con más bits, del preescalador o de la interrupción. Las primeras dos soluciones tienen algunas debilidades así que se recomienda utilizar el pre-escalador y/o la interrupción. Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 21 B aSES utIlIzando un Preescalador FuncIonaMIento del teMPorIzador en el Un pre-escalador es un dispositivo electrónico utilizado para dividir la frecuencia por un factor predeterminado. Esto quiere decir que se necesita llevar 1, 2, 4 o más pulsos a su entrada para generar un pulso a la salida. La mayoría de los microcontroladores disponen de uno o más pre-escaladores incorporados y su tasa de división puede ser cambiada dentro del programa. El pre-escalador se utiliza cuando es necesario medir los períodos de tiempo más largos, figura 29. Figura 29 Si el temporizador y el temporizador perro guardián comparten un pre-escalador, éste no se puede utilizar por los dos simultáneamente. utIlIzando una InterruPcIón FuncIonaMIento del teMPorIzador dE loS M iCroCoNtroladorES mayor número que se puede escribir en él es 255 (en los registros de 16 bits es el número 65.535). Si se excede este número, el temporizador se reinicia automáticamente y el conteo comienza de nuevo en cero. Esto es denominado desbordamiento o sobreflujo (overflow). Permitido por el programa, el desbordamiento puede provocar una interrupción, lo que abre completamente nuevas posibilidades. Por ejemplo, el estado de registros utilizados para contar segundos, minutos o días puede ser implementado en una rutina de interrupción. El proceso entero (excepto la rutina de interrupción) se lleva a cabo internamente, lo que permite que los circuitos principales del microcontrolador funcionen regularmente. La figura 30 describe el uso de una interrupción en el funcionamiento del temporizador. Al asignarle un pre-escalador al temporizador, se producen retrasos de duración arbitraria con mínima interferencia en la ejecución del programa principal. contadores en el Si el registro del temporizador es de 8 bits, el Si un temporizador se suministra por los pulsos ingresados por el pin de entrada en el micro- Fifura 30 Capítulo 1 21 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 22 El Mundo de los Microcontroladores controlador, se produce un contador. Evidentemente, es el mismo circuito electrónico. La única diferencia es que los pulsos para contar se ingresan por el pin de entrada y que su duración (anchura) no es definida. Por eso, no se pueden utilizar para medición de tiempo, sino que se utilizan para otros propósitos, por ejemplo: contar los productos en la cadena de montaje, número de rotaciones del eje de un motor, pasajeros etc. (dependiendo del sensor utilizado). Figura 31 convertIdor dIgItal – analógIco (d/a) teMPorIzador Perro guardIán WatcHdog El perro guardián es un temporizador conectado a un oscilador RC completamente independiente dentro del microcontrolador. Si el perro guardián está habilitado, cada vez que cuenta hasta el máximo valor en el que ocurre el desbordamiento del registro se genera una señal de reinicio del microcontrolador y la ejecución de programa inicia en la primera instrucción. El punto es evitar que eso ocurra al utilizar el comando adecuado. La idea se basa en el hecho de que cada programa se ejecuta en varios bucles, más largos o cortos. Si las instrucciones que reinician el temporizador perro guardián se colocan en lugares estratégicos del programa, aparte los comandos que se ejecutan regularmente, el funcionamiento del perro guardián no afectará a la ejecución del programa, figura 31. Si por cualquier razón (ruidos eléctricos frecuentes en la industria) el contador de programa “se queda atrapado” dentro de un bucle infinito, el valor del registro continuará aumentado, el temporizador perro guardián alcanzará el máximo valor, el registro se desbordará y, ¡aleluya! ¡Ocurre el reinicio! 22 Club Saber Electrónica Nº 97 Las señales del mundo real son muy diferentes de las que “entiende” el microcontrolador (ceros y unos), así que deben ser convertidas para que el microcontrolador pueda entenderlas. Figura 32 En la figura 32 podemos observar que entre “0” (0V) y “1” (5V) hay varios niveles de tensión intermedios. Un convertidor analógico-digital es un circuito electrónico encargado de convertir las señales continuas en números digitales discretos. En otras palabras, este circuito convierte un número real en un número binario y se lo envía a la CPU para ser procesado. Este módulo, figura 33, se utiliza para medir el voltaje en el pin de entrada. El resultado de esta medición es un número (el valor digital) utilizado y procesado más tarde en el programa. Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 23 B aSES Figura 33 arQuItectura Interna MIcrocontrolador de un Todos los microcontroladores actuales utilizan uno de dos modelos básicos de arquitectura denominados Harvard y Von-Neumann. Son dos maneras diferentes del intercambio de datos entre la CPU y la memoria: arquitectura de von-neumann Los microcontroladores que utilizan la arquitectura Von- Neumann disponen de un solo bloque de memoria y de un bus de datos de 8 bits, figura 34. Figura 34 Como todos los datos se intercambian por medio de estas 8 líneas, este bus está sobrecargado, y la comunicación por si misma es muy lenta e ineficaz. La CPU puede leer una instrucción o leer/escribir datos de/en la memoria. Los dos procesos no pueden ocurrir a la vez puesto que las instrucciones y los datos utilizan dE loS M iCroCoNtroladorES el mismo bus. Por ejemplo, si alguna línea de programa dice que el registro de la memoria RAM llamado “SUM” debe ser aumentado por uno (instrucción: incf SUMA), el microcontrolador hará lo siguiente: 1. Leer la parte de la instrucción de programa que especifica QUÉ es lo que debe realizar (en este caso es la instrucción para incrementar “incf”) 2. Seguir leyendo la misma instrucción que especifica sobre CUÁL dato lo debe realizar (en este caso es el contenido del registro “SUMA”) 3. Después de haber sido incrementado, el contenido de este registro se debe escribir en el registro del que fue leído (dirección del registro “SUMA”). El mismo bus de datos se utiliza para todas estas operaciones intermedias. arquitectura Harvard Los microcontroladores que utilizan esta arquitectura disponen de dos buses de datos diferentes, figura 35. Figura 35 Uno es de 8 bits de ancho y conecta la CPU con la memoria RAM. El otro consiste en varias líneas (12, 14 o 16) y conecta a la CPU y la memoria ROM. Por consiguiente, la CPU puede leer las instrucciones y realizar el acceso a la memoria de datos a la vez. Puesto que todos los registros de la memoria RAM son de 8 bits de ancho, todos los datos Capítulo 1 23 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 24 El Mundo de los Microcontroladores dentro del microcontrolador que se intercambian son de la misma anchura. Durante el proceso de la escritura de programa, sólo se manejan los datos de 8 bits. En otras palabras, todo lo que usted podrá cambiar en el programa y a lo que podrá afectar será de 8 bits de ancho. Todos los programas escritos para estos microcontroladores serán almacenados en la memoria ROM interna del microcontrolador después de haber sido compilados a código máquina. No obstante, estas localidades de memoria ROM no tienen 8, sino 12, 14 o 16 bits. 4, 6 o 8 bits adicionales representan una instrucción que especifica a la CPU qué hacer con los datos de 8 bits. Las ventajas de este diseño son las siguientes: • Todos los datos en el programa son de un byte (8 bits) de ancho. Como un bus de datos utilizado para lectura de programa tiene unas líneas más (12, 14 o 16), tanto la instrucción como el dato se pueden leer simultáneamente al utilizar estos bits adicionales. Por eso, todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo salvo las instrucciones de salto que son de dos ciclos. • El hecho de que un programa (la ROM) y los datos temporales (la RAM) estén separados, permite a la CPU poder ejecutar dos instrucciones simultáneamente. Dicho de manera sencilla, mientras que se realiza la lectura o escritura de la RAM (que marca el fin de una instrucción), la siguiente instrucción se lee por medio de otro bus. • En los microcontroladores que utilizan la arquitectura de von-Neumann, nunca se sabe cuánta memoria ocupará algún programa. Generalmente, la mayoría de las instrucciones de programa ocupan dos localidades de memoria (una contiene información sobre QUÉ se debe realizar, mientras que la otra contiene información sobre CUÁL dato se debe realizar). Sin embargo, esto no es una fórmula rígida, sino el caso más frecuente. En los microcontroladores que utilizan una arquitectura Harvard, el bus de la palabra de programa es más ancho que un byte, lo que permite que cada palabra de pro- 24 Club Saber Electrónica Nº 97 grama esté compuesto por una instrucción y un dato. En otras palabras, una localidad de memoria - una instrucción de programa. Juego de InstruccIones El nombre colectivo de todas las instrucciones que puede entender el microcontrolador es llamado Juego de Instrucciones, figura 36. Figura 36 Cuando se escribe un programa en ensamblador, en realidad se especifican instrucciones en el orden en el que deben ser ejecutadas. La restricción principal es el número de instrucciones disponibles. Los fabricantes aceptan cualquiera de los dos enfoques descritos a continuación: rIsc (reduced Instruction set computer) - computadora con Juego de Instrucciones reducidas En este caso la idea es que el microcontrolador reconoce y ejecuta sólo operaciones básicas (sumar, restar, copiar etc.) Las operaciones más complicadas se realizan al combinar éstas (por ejemplo, multiplicación se lleva a cabo al realizar adición sucesiva). Es como intentar explicarle a alguien con pocas palabras cómo llegar al aeropuerto en una nueva ciudad. Sin embargo, no todo es tan oscuro. Además, el microcontrolador es muy rápido así que no es posible ver todas las “acrobacias” aritméticas que realiza. El usuario sólo puede ver el resultado final de todas las operaciones. Por último, no es tan difí- Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 25 B aSES cil explicar dónde está el aeropuerto si se utilizan las palabras adecuadas tales como: a la derecha, a la izquierda, el kilómetro etc. cIsc (complex Instruction set computer) - computadoras con un juego de instrucciones complejo ¡CISC es opuesto a RISC! Los microcontroladores diseñados para reconocer más de 200 instrucciones diferentes realmente pueden realizar muchas cosas a alta velocidad. No obstante, uno debe saber cómo utilizar todas las posibilidades que ofrece un lenguaje tan rico, lo que no es siempre tan fácil. ¿cóMo se deBe elegIr MIcrocontrolador? un Si usted es principiante y ha tomado decisión de trabajar con los microcontroladores. ¡felicitaciones por la elección! No obstante, a primera vista, no es fácil la elección del microcontrolador más adecuado como parece a la primera vista. ¡El problema no es el pequeño rango de dispositivos a elegir, sino todo lo contrario! Antes de empezar a diseñar un dispositivo basado en un microcontrolador, tome en cuenta dE loS M iCroCoNtroladorES lo siguiente: cuántas entradas/líneas son necesarias para su funcionamiento, realizaría el dispositivo otras operaciones además encender/apagar un relé, necesita algún modulo especializado tal como el de comunicación en serie, convertidor A/D etc. Cuando usted tiene una clara imagen de lo que quiere, el rango de selección se reduce considerablemente, y le queda pensar en el precio. ¿Va a tener varios dispositivos? ¿Varios cientos? ¿Un millón? De todos modos ahora es más claro. Si está pensando en todas estas cosas por primera vez, todo le parecerá un poco confuso. Por esa razón, vaya paso a paso. Antes que nada, seleccione al fabricante, es decir, la familia de microcontroladores que ofrece. Luego, aprenda a trabajar con un modelo particular. Sólo aprenda lo que necesite aprender, no entre demasiado en detalles. Resuelva el problema específico y le pasará una cosa increíble - será capaz de manejar cualquier modelo del mismo fabricante... Más o menos, todo se parece a montar en bicicleta: después de varias caídas inevitables en el principio, será capaz de mantener el equilibrio y montar en cualquier otra bicicleta. ¡Por supuesto, nunca se olvida tanto de montar en bicicleta, como de la destreza de programación! J Capítulo 1 25 Cap 1 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:51 Página 26 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 27 Capítulo 2 eL mundo de LoS microcontroLadoreS SiStemaS de Programación: Lenguaje mikroc Usted seguramente sabe que no es suficiente sólo conectar el microcontrolador a los otros componentes y encender una fuente de alimentación para hacerlo funcionar, ¿verdad? Hay que hacer algo más. Se necesita programar el microcontrolador. Si cree que esto es complicado, está equivocado. Todo el procedimiento es muy simple. Basta con leer el texto para entender de lo que estamos hablando. www.mikroe.com Lenguajes de Programación El microcontrolador ejecuta el programa cargado en la memoria flash. Esto se denomina el código ejecutable y está compuesto por una serie de ceros y unos, aparentemente sin significado. Dependiendo de la arquitectura del microcontrolador, el código binario está compuesto por palabras de 12, 14 o 16 bits de ancho. Cada palabra se interpreta por la CPU como una instrucción a ser ejecutada durante el funcionamiento del microcontrolador. Todas las instrucciones que el microcontrolador puede reconocer y ejecutar se les denominan colectivamente Conjunto de instrucciones. Como es más fácil trabajar con el sistema de numeración hexadecimal, el código ejecutable se representa con frecuencia como una serie de los números Capítulo 2 27 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 28 El Mundo de los Microcontroladores hexadecimales denominada código Hex. En los microcontroladores PIC con las palabras de programa de 14 bits de anchura, el conjunto de instrucciones tiene 35 instrucciones diferentes. Lenguaje ensambLador Como el proceso de escribir un código ejecutable era considerablemente arduo, en consecuencia fue creado el primer lenguaje de programación denominado ensamblador (ASM). Siguiendo la sintaxis básica del ensamblador, era más fácil escribir y comprender el código. Las instrucciones en ensamblador consisten en las abreviaturas con significado y a cada instrucción corresponde una localidad de memoria. Un programa denominado ensamblador compila (traduce) las instrucciones del lenguaje ensamblador a código máquina (código binario). Vea la figura 1. Este programa compila instrucción a instrucción sin optimización. Como permite controlar en detalle todos los procesos puestos en marcha dentro del chip, este lenguaje de programación todavía sigue siendo popular. Ventajas de Los Lenguajes de Programación de aLto niVeL A pesar de la gran cantidad de beneficios, el Figura 1 28 Club Saber Electrónica Nº 97 lenguaje ensamblador tiene algunas desventajas a saber: * Incluso una sola operación en el programa escrito en ensamblador consiste en muchas instrucciones, haciéndolo muy largo y difícil de manejar. * Cada tipo de microcontrolador tiene su propio conjunto de instrucciones que un programador tiene que conocer para escribir un programa * Un programador tiene que conocer el hardware del microcontrolador para escribir un programa En la figura 2 podemos observar un programa escrito en C y el mismo programa compilado al código ensamblador. Los lenguajes de programación de alto nivel (Basic, Pascal, C etc.) fueron creados con el propósito de superar las desventajas del ensamblador. En lenguajes de programación de alto nivel varias instrucciones en ensamblador se sustituyen por una sentencia. El programador ya no tiene que conocer el conjunto de instrucciones o características del hardware del microcontrolador utilizado. Ya no es posible conocer exactamente cómo se ejecuta cada sentencia, de todas formas ya no importa. Aunque siempre se puede insertar en el programa una secuencia escrita en ensamblador. Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 29 S iStEmaS dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C Figura 2 Si alguna vez ha escrito un programa para un microcontrolador PIC en lenguaje ensamblador, probablemente sepa que la arquitectura RISC carece de algunas instrucciones. Por ejemplo, no hay instrucción apropiada para multiplicar dos números. Por supuesto, para cada problema hay una solución y éste no es una excepción gracias a la aritmética que permite realizar las operaciones complejas al descomponerlas en un gran número operaciones más simples. En este caso, la multiplicación se puede sustituir con facilidad por adición sucesiva (a x b = a + a + a + ... + a). Ya estamos en el comienzo de una historia muy larga... No hay que preocuparse al utilizar uno de estos lenguajes de programación de alto nivel como es C, porque el compilador encontrará automáticamente la solución a éste problema y otros similares. Para multiplicar los números a y b, basta con escribir a*b ó axb. Lenguaje c El lenguaje C dispone de todas las ventajas de un lenguaje de programación de alto nivel (anteriormente descritas) y le permite realizar algunas operaciones tanto sobre los bytes como sobre los bits (operaciones lógicas, desplazamiento etc.). Las características de C pueden ser muy útiles al programar los microcontroladores. Además, C está estandarizado (el estándar ANSI), es muy portable, así que el mismo código se puede utilizar muchas veces en diferentes proyectos. Lo que lo hace accesible para cualquiera que conozca este lenguaje sin reparar en el propósito de uso del microcontrolador. C es un lenguaje compilado, lo que significa que los archivos fuentes que contienen el código C se traducen a lenguaje máquina por el compilador. Todas estas características hicieron al C uno de los lenguajes de programación más populares. Capítulo 2 29 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 30 El Mundo de los Microcontroladores Figura 3 La figura 3 es un ejemplo general de lo que sucede durante la compilación de programa de un lenguaje de programación de alto nivel a bajo nivel. caracteríSticaS deL Lenguaje mikroc A continuación vamos a presentar a los elementos principales del lenguaje mikroC desarrollado por Mikroelektronika. Este lenguaje es muy similar al C estándar, no obstante en determinados aspectos difiere del ANSI estándar en algunas características, figura 4. Algunas de estas diferencias se refieren a las mejoras, destinadas a facilitar la programación de los microcontroladores PIC, mientras que las demás son la consecuencia de la limitación de la arquitectura del hardware de los PIC. Aquí vamos a presentar características específicas del lenguaje mikroC en la programación de los microcontroladores PIC. Figura 4 30 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 31 S iStEmaS dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C El término C se utilizará para referirse a las características comunes de los lenguajes C y mikroC. Este libro describe una aplicación muy concreta del lenguaje de programación C utilizado en el compilador “mikroc Pro for Pic”. En este caso, el compilador se utiliza para la programación de los microcontroladores PIC. Cabe destacar que el lector no necesariamente precisará este compilador pero creemos oportuno utilizarlo dado que sus ventajas son enormes. De todos modos, en el próximo capítulo, veremos otras formas de trabajar con microcontroladores PIC. Fases de La comPiLación El proceso de compilación consiste en varios pasos y se ejecuta automáticamente por el compilador, figura 5. Por consiguiente, un conocimiento básico del funcionamiento puede ser útil para entender el concepto del lenguaje mikroC. Figura 5 El archivo fuente contiene el código en mikroC que usted escribe para programar el microcontrolador. El preprocesador se utiliza automáticamente por el compilador al iniciarse el proceso de la compilación. El compilador busca las directivas del preprocesador (que siempre empiezan por ‘#’) dentro del código y modifica el código fuente de acuerdo con las directivas. En esta fase se llevan a cabo inclusión de archivos, definición de constantes y macros etc., lo que facilita el proceso. Más tarde vamos a describir estas directivas en detalle. El analizador sintáctico (parser) elimina toda la información inútil del código (comentarios, espacios en blanco). Luego, el compilador traduce el código a un archivo binario denominado archivo .mcl. El enlazador (linker) recupera toda la información requerida para ejecutar el programa de los archivos externos y la agrupa en un solo archivo (.dbg). Además, un proyecto puede contener más de un archivo fuente y el programador puede utilizar funciones predefinidas y agrupadas dentro de los archivos denominados librerías. Por último, el generador “.hex” produce un archivo .hex. Es el archivo que se va a cargar en el microcontrolador. El proceso entero de la compilación que incluye todos los pasos anteriormente descritos se le denomina “building”. estructura deL Programa La idea principal de escribir un programa en C es de “romper” un problema mayor en varios trozos más pequeños. Supongamos que es necesario escribir un programa para el microcontrolador para medir la temperatura y visualizar los resultados en un LCD. El proceso de medición se realiza por un sensor que convierte temperatura en voltaje. El microcontrolador utiliza el convertidor A/D para convertir este voltaje (valor analógico) en un número (valor digital) que luego se envía al LCD Capítulo 2 31 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 32 El Mundo de los Microcontroladores por medio de varios conductores. En consecuencia, el programa se divide en cuatro partes, de las que cada una corresponde a una acción específica: Activar y configurar el convertidor A/D incorporado; Medir el valor analógico; Calcular temperatura; y Enviar los datos en el formato apropiado al LCD. Los lenguajes de programación de alto nivel como es C le permiten solucionar este problema con facilidad al escribir cuatro funciones que se ejecutarán cíclicamente sin parar, tal como se deduce de la figura 6. La idea general es de dividir el problema en varios trozos, de los que cada uno se puede escribir como una sola función. Todos los programas escritos en mikroC contienen por lo menos una función llamada main() que encierra entre llaves {} las sentencias a ser ejecutadas. Esto es la primera función a ser ejecutada al iniciarse la ejecución de programa. Las otras funciones se pueden llamar dentro de la función main. En otras palabras, podemos decir Figura 6 que la función main() es obligatoria, mientras que las demás son opcionales. Si todavía no ha escrito un programa en C, es probable que todo le resulte confuso. No se preocupe, acéptelo tal como es por el momento y más tarde entenderá la sintaxis. ¡Y ahora, haga su primer programa ‘real’! La figura 7 muestra la estructura de un programa, señalando las partes en las que consiste. Figura 7 32 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 33 S iStEmaS dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C La manera de escribir el código en C es muy importante. Por ejemplo, C difiere entre minúsculas y mayúsculas, así que la función main() no se puede escribir MAIN() o Main(). Además, note que dos líneas del código dentro de la función terminan con un punto y coma. En C todas las sentencias deben terminar con un punto y coma ‘;’, así el compilador puede aislarlas y traducirlas a código máquina. Para comprender mejor esta estructura mire la figura 8 en la que se expresan diferentes observaciones dentro del programa. Figura 8 comentarios Los comentarios son las partes del programa utilizados para aclarar las instrucciones de programa o para proporcionar más información al respecto. El compilador no hace caso a los comentarios y no los compila al código ejecutable. Dicho de manera sencilla, el compilador es capaz de reconocer los caracteres especiales utilizados para designar dónde los comentarios comienzan y terminan y no hace nada de caso al texto entre ellos durante la compilación. Hay dos tipos de tales caracteres. Unos designan los comentarios largos que ocupan varias líneas de programa marcados por la secuencia especial /*...*/, mientras que otros designan los comentarios cortos que caben en una sola línea //. Aunque los comentarios no pueden afectar a la ejecución de programa, son tan importantes como cualquier otra parte de programa. Aquí está el porqué... con frecuencia es necesario mejorar, modificar, actualizar, simplificar un programa... No es posible interpretar incluso los programas simples sin utilizar los comentarios. Capítulo 2 33 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 34 El Mundo de los Microcontroladores tiPos de datos en mikroc En el lenguaje C, los datos tienen un tipo, o sea, cada dato utilizado en el programa debe tener su tipo especificado. Esto permite al compilador conocer el tamaño de dato (número de bytes requerido en la memoria) y su representación. Hay varios tipos de datos que se pueden utilizar en el lenguaje de programación mikroc dependiendo del tamaño de dato y del rango de valores. La tabla 1 muestra el rango de valores que los datos pueden tener cuando se utilizan en su forma básica. Tabla 1 Al añadir un prefijo (calificador) a cualquier tipo de dato entero o carácter, el rango de sus posibles valores cambia así como el número de los bytes de memoria necesarios. Por defecto, los datos de tipo int son con signo, mientras que los de tipo char son sin signo. El calificador signed (con signo) indica que el dato puede ser positivo o negativo. El prefijo unsigned indica que el dato puede ser sólo positivo. Note en la tabla 2 que el prefijo es opcional. Tabla 2 tipo entero (int) Un entero es un número sin parte fraccionaria que puede estar expresado en los siguientes formatos, a saber: Hexadecimal (base 16): el número empieza con 0x (o 0X). Los enteros hexadecimales consisten en los dígitos (de 0 a 9) y/o las letras (A, B, C,D, E, F). Por ejemplo: ‘0x1A’. Decimal (base 10): el número consiste en los dígitos (de 0 a 9). El primer dígito no puede ser 0. En este formato, se puede introducir el signo de número (‘+’ o ‘-’). Por ejemplo: 569, -25, +1500. Octal (base 8): los números se representan a base 8 utilizando sólo 8 dígitos (de 0 a 7). Los enteros octales empiezan con 0. Por ejemplo: ‘056’. Binario (base 2): cuando un entero empieza con 0b (o 0B) se representan como una serie de bits (‘0’ y ‘1’). Por ejemplo: 0B10011111. Vea a continuación un juego de sentencias que pueden corresponder a una parte de un programa en la que se muestran los diferentes formatos: 34 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 35 S iStEmaS 0x11 11 -152 011 0b11 dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C // formato hexadecimal equivale a decimal 17 // formato decimal // formato decimal // formato octal equivale a decimal 9 // formato binario equivale a decimal 3 tipo punto flotante (float) El tipo punto flotante (float) se utiliza para los números reales con el punto decimal. Los datos de tipo float se pueden representar de varias maneras. Un dato float es siempre con signo (signed): 0. -1.23 23.45e6 2e-5 3E+10 .09E34 // = 0.0 // = -1.23 // = 23.45 * 10^6 // = 2.0 * 10^-5 // = 3.0 * 10^10 // = 0.09 * 10^34 tipo carácter (char) El tipo char es considerado como un entero por el compilador. No obstante, se utiliza normalmente para los datos de tipo carácter. Un dato de tipo carácter está encerrado entre comillas y codificado en un carácter ASCII: 59 'p' // entero // carácter ASCII 'p' Una secuencia de caracteres es denominada cadena (string). Las cadenas están encerradas entre comillas dobles: "Presione el botón RA0" VariabLes y constantes definiciones Una variable es un objeto nombrado capaz de contener un dato que puede ser modificado durante la ejecución de programa. En C, las variables tienen tipo, que significa que es necesario especificar el tipo de dato que se le asigna a una variable (int, float etc.). Las variables se almacenan en la memoria RAM y el espacio de memoria que ocupan (en bytes) depende de su tipo, figura 13. /* dos líneas de programa consecutivas. En la primera línea del programa se define el tipo de variable */ int a = 1000; a = 15; // Variable a es de tipo int y equivale a 1000 // a equivale a 15 Capítulo 2 35 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 36 El Mundo de los Microcontroladores Una constante tiene las mismas características que una variable excepto el hecho de que su valor asignado no puede ser cambiado durante la ejecución de programa. A diferencia de las variables, las constantes se almacenan en la memoria Flash del microcontrolador para guardar el mayor espacio posible de memoria RAM. El compilador las reconoce por el nombre y el prefijo const. En mikroC, el compilador reconoce automáticamente el tipo de dato de una constante, así que no es necesario especificar el tipo adicionalmente. /* dos líneas de programa consecutivas */ const A = 1000 A = 15; // el valor de la constante A está definido // ¡ERROR! no se puede modificar el valor de la constante Cada variable o constante debe tener un identificador que lo distingue de otras variables y constantes. Refiérase a los ejemplos anteriores, a y a son identificadores. reglas para nombrar En mikroC los identificadores pueden ser tan largos como quiera. Sin embargo, hay varias restricciones a saber: * Los identificadores pueden incluir cualquiera de los caracteres alfabéticos A-Z (a-z), los dígitos 0-9 y el carácter subrayado ‘_’. El compilador es sensible a la diferencia entre minúsculas y mayúsculas. Los nombres de funciones y variables se escriben con frecuencia con minúsculas, mientras que los nombres de constantes se escriben con mayúsculas. * Los identificadores no pueden empezar con un dígito. * Los identificadores no pueden coincidir con las palabras clave del lenguaje mikroC, porque son las palabras reservadas del compilador. El compilador mikroC reconoce 33 palabras clave que se muestran en la tabla 3. Tabla 3 Ejemplos de los identificadores válidos e inválidos los puede ver a continuación: 36 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 37 S iStEmaS temperatura_V1 Presión no_corresponder dat2string SuM3 _vtexto 7temp %más_alto if j23.07.04 nombre de variable dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C // OK // OK // OK // OK // OK // OK // NO -- no puede empezar con un número // NO -- no pueden contener caracteres especiales // NO -- no puede coincidir con una palabra reservada // NO -- no puede contener caracteres especiales (punto) // NO -- no puede contener espacio en blanco declaración de Variables Cada variable debe ser declarada antes de ser utilizada en el programa. Como las variables se almacenan en la memoria RAM, es necesario reservar el espacio para ellas (uno, dos o más bytes). Al escribir un programa, usted sabe qué tipo de datos quiere utilizar y qué tipo de datos espera como resultado de una operación, mientras que el compilador no lo sabe. No se olvide de que el programa maneja las variables con los nombres asignados. El compilador las reconoce como números en la memoria RAM sin conocer su tamaño y formato. Para mejorar la legibilidad de código, las variables se declaran con frecuencia al principio de las funciones: <tipo> variable; Es posible declarar más de una variable de una vez si tienen el mismo tipo: <tipo> variable1, variable2, variable3; Aparte del nombre y del tipo, a las variables se les asignan con frecuencia los valores iniciales justamente enseguida de su declaración. Esto no es un paso obligatorio, sino ‘una cuestión de buenas costumbres’. Se parece a lo siguiente: unsigned int peso; peso = 20; // Declarar una variable llamada peso // Asignar el valor 20 a la variable peso Un método más rápido se le denomina declaración con inicialización (asignación de los valores iniciales): unsigned int peso = 20; // peso está declarado y su valor es 20 Si hay varias variables con el mismo valor inicial asignado, el proceso se puede simplificar: unsigned int peso1 = peso2 = peso3 = 20; int valor_inicial = un_mínimo_de_petróleo = 0; Tenga cuidado de no declarar la misma variable otra vez dentro de la misma función. Puede modificar el contenido de una variable al asignarle un nuevo valor tantas veces que quiera. Al declarar una variable, siempre piense en los valores que la variable tendrá que contener durante la ejecución de programa. Capítulo 2 37 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 38 El Mundo de los Microcontroladores En el ejemplo anterior, peso1 no se puede representar con un número con punto decimal o un número con valor negativo. declaración de constantes Similar a las variables, las constantes deben ser declaradas antes de ser utilizadas en el programa. En mikroC, no es obligatorio especificar el tipo de constante al declararla. Por otra parte, las constantes deben ser inicializadas a la vez que se declaran. El compilador reconoce las constantes por su prefijo const utilizado en la declaración. Dos siguientes declaraciones son equivalentes: const int MINIMUM = -100; const MINIMUM = -100; // Declarar constante MINIMUM // Declarar constante MINIMUM Las constantes pueden ser de cualquier tipo, incluyendo cadenas: const T_MAX = 3.260E1; const I_CLASS = ‘A’; const Mensaje = “Presione el botón IZQUIERDA”; // constante de punto flotante T_MAX // constante carácter I_CLASS // constante de cadena Mensaje Las constantes de enumeración son un tipo especial de constantes enteras que hace un programa más comprensible al asignar los números ordinales a las constantes. Por defecto, el valor 0 se asigna automáticamente a la primera constante entre llaves, el valor 1 a la segunda, el valor 2 a la tercera etc. enum surtidores {AGUA,GASÓLEO,CLORO}; // AGUA = 0; GASÓLEO = 1; CLORO = 2 Es posible introducir directamente el valor de una constante dentro de la lista de enumeraciones. El incremento se detiene al asignar un valor a un elemento de matriz, después se reinicia a partir del valor asignado. Vea el siguiente ejemplo: enum surtidores {AGUA,GASÓLEO=0,CLORO}; // AGUA = 0; GÁSOLEO = 0; CLORO = 1 Las constantes de enumeración se utilizan de la siguiente manera: int Velocidad_de_ascensor enum motor_de_ascensor {PARADA,INICIO,NORMAL,MÁXIMO}; Velocidad_de_ascensor = NORMAL; // Velocidad_de_ascensor = 2 definir los nuevos tipos de datos La palabra clave typedef le permite crear con facilidad los nuevos tipos de datos, así, por ejemplo, podemos escribir la siguiente sentencia: typedef unsigned int positivo; positivo a,b; a = 10; b = 5; 38 Club Saber Electrónica Nº 97 // positivo es un sinónimo para el tipo sin signo int // Variables a y b son de tipo positivo // Variable a equivale a 10 // Variable b equivale a 5 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 39 S iStEmaS dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C Ámbito de VariabLes y constantes Una variable o una constante es reconocida por el compilador en base de su identificador. Un identificador tiene significado si el compilador lo puede reconocer. El ámbito de una variable o una constante es el rango de programa en el que su identificador tiene significado. El ámbito es determinado por el lugar en el que se declara una variable o una constante. Intentar acceder a una variable o una constante fuera de su ámbito resulta en un error. Una variable o una constante es invisible fuera de su ámbito. Todas las variables y constantes que pensamos utilizar en un programa deben ser declaradas anteriormente en el código. Las variables y constantes pueden ser globales o locales. Una variable global se declara en el código fuente, fuera de todas las funciones, mientras que una variable local se declara dentro del cuerpo de la función o dentro de un bloque anidado en una función. Vea la figura 9. Figura 9 A las variables globales se les puede acceder de cualquier parte en el código, aún dentro de las funciones con tal de que sean declaradas. El ámbito de una variable global está limitado por el fin del archivo fuente en el que ha sido declarado. El ámbito de variables locales está limitado por el bloque encerrado entre llaves {} en el que han sido declaradas. Por ejemplo, si están declaradas en el principio del cuerpo de función (igual que en la función main) su ámbito está entre el punto de declaración y el fin de esa función. Refiérase al ejemplo anterior. A las variables locales declaradas en main() no se les puede acceder desde la Función_1 y al revés. Un bloque compuesto es un grupo de declaraciones y sentencias (que pueden ser bloques también) encerradas entre llaves. Un bloque puede ser una función, una estructura de control etc. Una variable declarada dentro de un bloque se considera local, o sea, ‘existe’ sólo dentro del bloque. Sin embargo, las variables declaradas fuera del ámbito todavía son visibles. Aunque las constantes no pueden ser modificadas en el programa, siguen las mismas reglas que las variables. Esto significa que son visibles dentro de su bloque a excepción de las constantes globales (declaradas fuera de cualquier función). Las constantes se declaran normalmente en el inicio del código fuera de cualquier función (como variables globales). Capítulo 2 39 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 40 El Mundo de los Microcontroladores cLases de aLmacenamiento Las clases de almacenamiento se utilizan para definir el ámbito y la vida de variables, constantes y funciones dentro de un programa. En mikroC se pueden utilizar diferentes clases de almacenamiento: auto es una clase de almacenamiento por defecto para las variables locales, así que se utiliza raramente. Se utiliza para definir que una variable local tiene duración local. La clase de almacenamiento auto no se puede utilizar con variables globales, figura 10. Figura 10 static es una clase de almacenamiento por defecto para las variables globales. Especifica que una variable es visible dentro del archivo. A las variables locales declaradas con el prefijo static se les puede acceder dentro del archivo fuente (o sea se comportan como variables globales). extern: la palabra clave extern se utiliza cuando el programa está compuesto por diferentes archivos fuente. Esto le permite utilizar una variable, una constante o una función declarada en otro archivo. Por supuesto, para compilar y enlazar este archivo correctamente, el mismo debe ser incluido en su proyecto. Vea un ejemplo de un programa que consiste en dos archivos: File_1 y File_2. File_1 utiliza una variable y una función declaradas se usa en File_2. File 1: extern int cnt; extern void hello(); // Variable cnt es visible en File_1 // Función hello()se puede utilizar en File_1 void main(){ PORTA = cnt++; hello(); } // Cualquier modificación de cnt en File_1 será visible en File_2 // Función hello()se puede llamar desde aquí File 2: int cnt = 0; void hello(); void hello(){ . . } // Modificaciones que afectan a la // cnt en File_1 son visibles aquí oPeradores Un operador es un símbolo que denota una operación aritmética, lógica u otra operación particular. Dicho de manera sencilla, varias operaciones aritméticas y lógicas se realizan por medio de 40 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 41 S iStEmaS dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C los operadores. Hay más de 40 operaciones disponibles en el lenguaje C, pero se utiliza un máximo de 10 a 15 de ellas en la práctica. Cada operación se realiza sobre uno o más operandos que pueden ser variables o constantes. Además, cada operación se caracteriza por la prioridad de ejecución y por la asociatividad. operadores aritméticos Los operadores aritméticos se utilizan en las operaciones aritméticas y siempre devuelven resultados numéricos. Hay dos tipos de operadores, los unitarios y los binarios. A diferencia de las operaciones unitarias que se realizan sobre un operando, las operaciones binarias se realizan sobre dos operandos. En otras palabras, se requieren dos números para ejecutar una operación binaria. Por ejemplo: a+b o a/b. Vea en la tabla 4 cuáles son los operadores aritméticos: Tabla 4 int a,b,c; a = 5; b = 4; c = a + b; c = c%2; // Declarar 3 enteros a, b, c // Inicializar a // Inicializar b // c = 9 // c = 1. Esta operación se utiliza con frecuencia // para comprobar la paridad. En este caso, el // resultado es 1 lo que significa que la variable // es un número imparo operadores de asignación Hay dos tipos de asignación en el lenguaje C: * Los operadores simples asignan los valores a las variables utilizando el carácter común ‘=’. Por ejemplo: a =8 * Las asignaciones compuestas son específicas para el lenguaje C. Consisten en dos caracteres como se muestra en la tabla 5. Tabla 5 int a = 5; // Declarar e inicializar la variable a a += 10; // a = a + 10 = 15 Capítulo 2 41 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 42 El Mundo de los Microcontroladores Se utilizan para simplificar la sintaxis y habilitar la ejecución más rápida. Debajo de la tabla se puede observar un ejemplo de uso en lenguaje C. operadores de incremento y decremento Las operaciones de incremento y decremento por 1 se denotan con “++” y “—”. Estos caracteres pueden preceder o seguir a una variable. En primer caso (++x), la variable x será incrementada por 1 antes de ser utilizada en la expresión. De lo contrario, la variable se utilizará en la expresión antes de ser aumentada por 1. Lo mismo se aplica a la operación de decremento, tabla 6. Tabla 6 int a, b, c; a = b = 5; c = 1 + a++; b = ++c + a // c = 6 // b = 7 + 6 = 13 operadores relacionales Los operadores relacionales se utilizan en comparaciones con el propósito de comparar dos valores, tabla 7. Tabla 7 int prop; int var = 5; prop = var < 10; // Expresión es evaluada como verdadera, prop = 1 En mikroC, si una expresión es evaluada como falsa (false), el operador devuelve 0, mientras que si una oración es evaluada como verdadera (true), devuelve 1. Esto se utiliza en expresiones tales como ‘si la expresión es evaluada como verdadera, entonces...’ operadores Lógicos Hay tres tipos de operaciones lógicas en el lenguaje C: y (and) lógico, o (or) lógico y negación - no (not) lógico. Los operadores lógicos devuelven verdadero (1 lógico) si la expresión evaluada es distinta de cero. En caso contrario, devuelve falso (0 lógico) si la expresión evaluada equivale a cero. Esto es muy importante porque las operaciones lógicas se realizan generalmente sobre 42 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 43 S iStEmaS dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C las expresiones, y no sobre las variables (números) particulares en el programa. Por lo tanto, las operaciones lógicas se refieren a la veracidad de toda la expresión. Por ejemplo: 1 && 0 es igual a (expresión verdadera) && (expresión falsa) El resultado 0, o sea - Falso en ambos casos. En la tabla 8 tiene la correspondencia de estos operadores lógicos. Tabla 8 operadores de manejo de bits A diferencia de las operaciones lógicas que se realizan sobre los valores o expresiones, las operaciones de manejo de bits se realizan sobre los bits de un operando. Se enumeran en la tabla 9. Tabla 9 ¿cómo utilizar los operadores? Aparte de los operadores de asignación, dos operadores no deben estar escritos uno junto al otro, por ejemplo: x*%12; // esta expresión generará un error Cada operador tiene su prioridad y asociatividad como se muestra en la tabla 10. Similar a las expresiones aritméticas, los operadores se agrupan juntos por medio de paréntesis como se puede observar a continuación: int a, b, res; a = 10; b = 100; res = a*(a + b); // resultado = 1100 res = a*a + b; // resultado = 200 Primero se calculan las expresiones encerradas entre paréntesis. Si es necesario, se pueden utilizar los paréntesis múltiples (anidados). Capítulo 2 43 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 44 El Mundo de los Microcontroladores Tabla 10 conVersión de tiPos de datos Algunas operaciones implican conversión de datos. Por ejemplo, si divide dos valores enteros, hay una alta posibilidad de que el resultado no sea un entero. El mikroC realiza una conversión automática cuando se requiera. Si dos operandos de tipo diferente se utilizan en una operación aritmética, el tipo de operando de la prioridad más baja se convierte automáticamente en el tipo de operando de la prioridad más alta. Los tipos de datos principales se colocan según el orden jerárquico mostrado en la figura 11. La autoconversión se realiza asimismo en las operaciones de asignación. El resultado de la expresión de la derecha del operador de la asignación siempre se convierte en el tipo de la variable de la izquierda del operador. Si el resultado es de tipo de la prioridad más alta, se descarta o se redondea para coincidir con el tipo de la variable. Al convertir un dato real en un entero, siempre se descartan los números que siguen al punto decimal: int x; x = 3; x+ = 3.14; // A la variable x se le asigna el tipo integer (un entero) // A la variable x se le asigna el valor 3 // El valor 3.14 se agrega a la variable x al // realizar la operación de asignación /* El resultado de la adición es 6 en vez de 6.14, como era de esperar. Para obtener el resultado esperado sin descartar los números que siguen al punto decimal, se debe declarar x como un punto flotante. */ 44 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 45 S iStEmaS dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C Para realizar una conversión explícita, antes de escribir una expresión o una variable hay que especificar el tipo de resultado de operación entre paréntesis: double distancia, tiempo, velocidad; distancia = 0.89; tiempo = 0.1; velocidad = (int)(a/b); // c = (int)8.9 = 8.0 velocidad = ((int)a)/b; // c = 0/0.1 = 0.0 estructuras de controL estructuras condicionales Las condiciones son ingredientes comunes de un programa. Las condiciones permiten ejecutar una o varias sentencias dependiendo de validez de una expresión. En otras palabras, ‘Si se cumple la condición (...), se debe hacer (...). De lo contrario, si la condición no se cumple, se debe hacer (...)’. Los operandos condicionales if-else y switch se utilizan en las operaciones condicionales. Una sentencia condicional puede ser seguida por una sola sentencia o por un bloque de sentencias a ser ejecutadas. operador condicional if-else El operador if se puede utilizar solo o asociado al operador else (if-else). Ejemplo del operador if: if(expresión) operación; Si el resultado de la expresión encerrada entre paréntesis es verdadero (distinto de 0) la operación se realiza y el programa continúa con la ejecución. Si el resultado de la expresión es falso (0), la operación no se realiza y el programa continúa inmediatamente con la ejecución. Como hemos mencionado, la otra forma combina tanto el operador if como el else: if(expresión) operación1 else operación2; Si el resultado de la expresión es verdadero (distinto de 0), se realiza operación1, de lo contrario se realiza la operación2. Después de realizar una de las operaciones, el programa continúa con la ejecución. La sentencia if-else se parece a lo siguiente: if(expresión) operación1 else operación2 Si operación1 u operación2 está compuesta, escriba una lista de sentencias encerradas entre llaves. Por ejemplo: Capítulo 2 45 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 46 El Mundo de los Microcontroladores if(expresión) { ... ... ...} else operación2 // // operación1 // El operador if-else se puede sustituir por el operador condicional ‘?:’: (expresión1)? expresión2 : expresión3 Si el valor de la expresión1 es distinto de 0 (verdadero), el resultado de la expresión entera será equivalente al resultado obtenido de la expresión2. De lo contrario, si la expresión1 es 0 (falso), el resultado de la expresión entera será equivalente al resultado obtenido de la expresión3. Por ejemplo: maximum = (a>b)? a : b // A la variable maximum se le asigna el // valor de la variable mayor(a o b) operador switch A diferencia de la sentencia if-else que selecciona entre dos opciones en el programa, el operador switch permite elegir entre varias opciones. La sintaxis de la sentencia switch es: switch (selector) { case constante1: operación1 ... // Selector es de tipo char o int // El grupo de operadores que se ejecutan si // el selector y la constante1 son equivalentes break; case constante2: operación2 ... // El grupo de operadores se ejecuta si // el selector y la constante2 son equivalentes break; ... default: operación_esperada ... break; // El grupo de operadores que se ejecuta si // ninguna constante equivale al selector } La operación switch se ejecuta de la siguiente manera: primero se ejecuta el selector y se compara con la constante1. Si coinciden, las sentencias que pertenecen a ese bloque se ejecutan hasta llegar a la palabra clave break o hasta el final de la operación switch. Si no coinciden, el selector se 46 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 47 S iStEmaS dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C compara con la constante2. Si coinciden, las sentencias que pertenecen a ese bloque se ejecutan hasta llegar a la palabra clave break etc. Si el selector no coincide con ninguna constante, se ejecutarán las operaciones que siguen al operador default. También es posible comparar una expresión con un grupo de constantes. Si coincide con alguna de ellas, se ejecutarán las operaciones apropiadas: switch (días) // La variable días representa un día de la semana. { // Es necesario determinar si es un día laborable o no lo es case1:case2:case3:case4:case5: LCD_message = ‘Día laborable’; break; case6:case7: LCD_message = ‘Fin de semana’; break; default:LCD_message_1 = ‘Elija un día de la semana’; break; } La palabra clave de C ‘break’ se puede utilizar en cualquier tipo de bloques. Al utilizar ‘break’, es posible salir de un bloque aunque la condición para su final no se haya cumplido. Se puede utilizar para terminar un bucle infinito, o para forzar un bucle a terminar antes de lo normal. bucLes A menudo es necesario repetir una cierta operación un par de veces en el programa. Un conjunto de comandos que se repiten es denominado un bucle de programa. Cuántas veces se ejecutará, es decir cuánto tiempo el programa se quedará en el bucle, depende de las condiciones de salir del bucle. bucle While El bucle while se parece a lo siguiente: while(expresión){ comandos ... } Los comandos se ejecutan repetidamente (el programa se queda en el bucle) hasta que la expresión llegue a ser falsa. Si la expresión es falsa en la entrada del bucle, entonces el bucle no se ejecutará y el programa continuará desde el fin del bucle while. Un tipo especial del bucle de programa es un bucle infinito. Se forma si la condición sigue sin cambios dentro del bucle. La ejecución es simple en este caso ya que el resultado entre llaves es siempre verdadero (1=verdadero), lo que significa que el programa se queda en el mismo bucle: while(1){ ... ... } // En vez de “while(1)”, se puede escribir “while(true)” // Expresiones encerradas entre llaves se ejecutarán // repetidamente (bucle infinito) Capítulo 2 47 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 48 El Mundo de los Microcontroladores bucle For El bucle for se parece a lo siguiente: for(expresión_inicial; expresión_de_condición; cambiar_expresión) { operaciones ... } La ejecución de esta secuencia de programa es similar al bucle while, salvo que en este caso el proceso de especificar el valor inicial (inicialización) se realice en la declaración. La expresión_ inicial especifica la variable inicial del bucle, que más tarde se compara con la expresión_ de_condición antes de entrar al bucle. Las operaciones dentro del bucle se ejecutan repetidamente y después de cada iteración el valor de la expresión_inicial se incrementa de acuerdo con la regla cambiar_expresión. La iteración continúa hasta que la expresión_de_condición llegue a ser falsa. for(k=0; k<5; k++) operación ... // La variable k se incrementa 5 veces (de 1 a 4) y // cada vez se repite la expresión operación La operación se ejecutará cinco veces. Luego, al comprobar se valida que la expresión k<5 sea falsa (después de 5 iteraciones k=5) y el programa saldrá del bucle for. bucle do-while El bucle do-while se parece a lo siguiente: do operación while (cambiar_condición); La expresión cambiar_condición se ejecuta al final del bucle, que significa que operación se ejecuta como mínimo una vez sin reparar en que si la condición es verdadera o falsa. Si el resultado es distinto de 0 (verdadero), el procedimiento se repite. Todos los siguientes ejemplos son equivalentes. Esta parte del código visualiza “hello” en un LCD 10 veces con un retardo de un segundo. Note que en este ejemplo se utilizan funciones predefinidas, que se encuentran en las librerías del compilador mikroC PRO for PIC. No obstante le aconsejamos que no trate de entenderlas en detalle. Su comportamiento general dentro del bucle se explica por medio de los comentarios. i = 0; // Inicialización del contador while (i<10) { Lcd_Out(1,3,”hello”); Delay_ms(1000); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Delay_ms(500); i++; } // Condición // Visualizar “hello” en el LCD // Retardo de 1000 ms // Borrar el LCD // Retardo de 500ms // Contador se incrementa 48 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 49 S iStEmaS for(i=0; i<10; i++) { Lcd_Out(1,3,”hello”); Delay_ms(1000); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Delay_ms(500); } i = 0; dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C // Inicialización, condición, incremento // Visualizar “hello” en el LCD // Retardo de 1000 ms // Borrar el LCD // Retardo de 500ms // Inicialización del contador do { Lcd_Out(1,3,”hello”); Delay_ms(1000); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Delay_ms(500); i++; } while (i<10); // Visualizar “hello” en el LCD // Retardo de 1000 ms // Borrar LCD // Retardo de 500ms // Contador se incrementa // Condición sentencias de saLto sentencia break A veces es necesario detener y salir de un bucle dentro de su cuerpo. La sentencia break se puede utilizar dentro de cualquier bucle (while, for, do while) y en las sentencias switch también. En éstas la sentencia break se utiliza para salir de las sentencias switch si la condición case es verdadera. En este ejemplo, “Esperar” está parpadeando en la pantalla LCD hasta que el programa detecte un uno lógico en el pin 0 del puerto PORTA. while(1){ if(PORTA.F0 == 1) break; Lcd_Out(1,3,”Esperar”); Delay_ms(1000); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Delay_ms(500); } // Bucle infinito // Probar si el estado lógico del pin 0 del puerto // PORTA es 1; si equivale, salir del bucle // Visualizar “Esperar” en el LCD // Retardo de 1000 ms // Borrar LCD // Retardo de 500ms sentencia continue La sentencia continue colocada dentro de un bucle se utiliza para saltar una iteración. A diferencia de la sentencia break, el programa se queda dentro del bucle y las iteraciones continúan. // Si x=7, puede ocurrir una división por 0. // continue se utiliza aquí para evitar esta situación. x=1; while (x<=10) { if (x == 7) { Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Lcd_Out(1,3,”Division by 0”); // saltar x=7 para evitar división por 0 Capítulo 2 49 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 50 El Mundo de los Microcontroladores Delay_ms(1000); x++; continue; // Después de esta línea, saltar a la sentencia while con x=8 } a = 1/(x-7); // Esta división generará un error si x=7 /* Muchas operaciones pueden ocurrir aquí */ Lcd_Out(1,3,”Division is OK”); Delay_ms(1000); x++; // Poner este mensaje en el LCD } sentencia goto La sentencia goto le permite hacer un salto absoluto al otro punto en el programa. Esta característica se debe utilizar con precaución ya que su ejecución puede causar un salto incondicional sin hacer caso a todos los tipos de limitaciones de anidación. El punto destino es identificado por una etiqueta, utilizada como un argumento para la sentencia goto. Una etiqueta consiste en un identificador válido seguido por un colon (:). ... if(CO2_sensor) goto aire acondicionado; // Si se consta que el valor ... // de la variable CO2_sensor =1 // hacer salto a la línea de programa // Aire acondicionado ... Aire acondicionado: // Desde aquí sigue la parte del código que se ejecutará // en caso de una concentración de CO2 demasiado alta ... // en el ambiente tiPos de datos aVanzados matrices Una matriz es una lista de elementos del mismo tipo colocados en localidades de memoria contiguas. Cada elemento es referenciado por un índice. Para declarar una matriz, es necesario especificar el tipo de sus elementos (denominado tipo de matriz), su nombre y el número de sus elementos encerrados entre corchetes. Todos los elementos de una matriz tienen el mismo tipo. tipo_de_matriz nombre_de_matriz [nº_de_elementos]; Los elementos de una matriz se identifican por su posición. En C, el índice va desde 0 (el primer elemento de una matriz) a N-1 (N es el número de elementos contenidos en una matriz). El compilador tiene que “saber” cuántas localidades de memoria debe alojar al declarar una matriz. 50 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 51 S iStEmaS dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C El tamaño de una matriz no puede ser una variable. Por eso, se pueden utilizar dos métodos: // método 1 // Declaración de la matriz display capaz de contener 3 enteros // método 2 int display [3]; const DÍGITOS = 5; char Matriz_nueva[DÍGITOS]; // Declaración de la matriz Matriz_nueva // capaz de contener 5 enteros Una matriz se puede inicializar a la vez que se declara, o más tarde en el programa. En ambos casos, este paso se realiza al utilizar llaves: int array_1[3] = {10,1,100}; Para leer o modificar un elemento de matriz del ejemplo anterior, basta con introducir su índice encerrado entre corchetes: /* Se supone que a ha sido declarado anteriormente como un entero */ a = array_1[0]; // A la variable a se le asigna el valor del miembro de matriz // con índice 0 (a = 10) array_1[2] = 20; // Miembro de matriz array_1[2] es modificado (nuevo valor es 20) El siguiente programa cambia el orden de los elementos de una matriz. Note que el índice se puede expresar mediante variables y operaciones básicas. void main() { // Valor de la constante MUESTRAS_DE_AGUA es 4 const MUESTRAS_DE_AGUA = 4; int i, temp; // Variables i y temp son de tipo int int profunidad_de_sonda [MUESTRAS_DE_AGUA] = {24,25,1,1987}; // Todos // los miembros de la matriz profundidad // de sonda son de tipo int for(i=0;i<(MUESTRAS_DE_AGUA/2);i++){ // Bucle se ejecuta 2 veces temp = profundiad_de_sonda [i]; // temp se utiliza para guardar un valor // temporalmente profundiad_de_sonda [i] = profundiad_de_sonda [MUESTRAS_DE_AGUA-1-i]; profundiad_de_sonda [MUESTRAS_DE_AGUA-1-i] = temp; } // Aquí tenemos: profundidad_de_sonda [MUESTRAS_DE_AGUA] = {1987,1,25,24} } matrices bidimensionales Aparte de las matrices unidimensionales que se pueden interpretar como una lista de valores, el lenguaje C le permite declarar matrices multidimensionales. Capítulo 2 51 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 52 El Mundo de los Microcontroladores En esta parte vamos a describir sólo las matrices bidimensionales, también denominadas tablas o matrices. Una matriz bidimensional se declara al especificar el tipo de dato de matriz, el nombre de matriz y el tamaño de cada dimensión. tipo_de_matriz nombre_de_matriz [número_de_filas] [número_de_columnas]; En la declaración de esta matriz número_de_filas y número_de_columnas representan el número de filas y columnas en las que consiste una tabla, respectivamente. Vea la siguiente matriz bidimensional: int Tabla [3][4]; // Tabla se define de modo que tenga 3 filas y 4 columnas Esta matriz se puede representar en la forma de una tabla: ______________________________________________ tabla[0][0] tabla[0][1] tabla[0][2] tabla[0][3] tabla[1][0] tabla[1][1] tabla[1][2] tabla[1][3] tabla[2][0] tabla[2][1] tabla[2][2] tabla[2][3] –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Similar a las matrices unidimesionales, es posible asignar los valores a los elementos de una tabla en la línea de declaración. La asignación debe ser realizada línea a línea como en el siguiente ejemplo. Como hemos visto anteriormente, esta matriz tiene dos filas y tres columnas: int Tabla [2][3]= { {3,42,1},{7,7,19} }; La matriz anterior se puede representar también en la forma de una tabla de valores: ___________________________ 3 42 1 7 7 19 ––––––––––––––––––––––––––– Punteros Un puntero es una variable destinada a recibir una dirección. Un puntero “apunta” a una localidad de memoria, referenciada por una dirección. En C, la dirección de un objeto se puede obtener por medio un operador unitario &. Para acceder al contenido de la memoria en una dirección específica (también llamado objeto apuntado), se utiliza un operador de indirección (*). ‘&n’ es la dirección de la localidad de memoria ‘n’. ‘*(&n)’ es el contenido de la dirección ‘(&n)’, o sea de ‘n’. Para declarar un puntero, se debe que especificar el tipo de la variable apuntada: tipo_de_variable *puntero; 52 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 53 S iStEmaS dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C En esta etapa, el puntero mi_puntero apunta al valor almacenado en esta localidad de memoria, o sea, a un valor desconocido. Así que, una inicialización es muy recomendable: puntero = &variable; Ahora, puntero contiene la dirección de variable. Para acceder al contenido de la variable apuntada, debe utilizar ‘*’. El siguiente ejemplo muestra el contenido de memoria dependiendo de la acción realizada por medio del puntero. Los punteros son muy útiles para manejar las matrices. En este caso, un puntero se utilizará para apuntar al primer elemento de una matriz. Debido al hecho de que es posible realizar operaciones básicas sobre los punteros (aritmética de punteros), es fácil manejar los elementos de una matriz. Fíjese en la diferencia entre ‘*v+1’ y ‘*(v+1)’ en el siguiente ejemplo: short int voltio[3] = {0,5,10}; short int *v; v = &(voltio[0]); *(v+1) = 2; voltio[2] = *v+1; *(v+2) = *(v+1); v++; *v = 1; // v contiene la dirección de voltio[0] // voltio[1] = 2 // tab[2] = 1 (tab[0] + 1) // voltio[2] = 2 // v contiene la dirección de voltio[1] // voltio[1] = 1 Los punteros también pueden ser declarados con el prefijo ‘const’. En este caso, su valor no puede ser modificado después de la inicialización, similar a una constante. A diferencia de C, el mikroC no admite alojamiento dinámico. estructuras Ya hemos visto cómo agrupar los elementos dentro de matrices. No obstante, al utilizar este método todos los elementos deben ser del mismo tipo. Al utilizar estructuras, es posible agrupar diferentes tipos de variables bajo el mismo nombre. Las variables dentro de una estructura se le denominan los miembros de la estructura. Las estructuras de datos se declaran al utilizar la siguiente sintaxis: Capítulo 2 53 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 54 El Mundo de los Microcontroladores struct nombre_de_estructura { tipo1_de_miembro1 miembro1; tipo2_de_miembro2 miembro2; tipo3_de_miembro3 miembro3; .. }; No es posible inicializar variables dentro de la declaración de la estructura de datos: struct generador { int voltaje; char corriente; }; Entonces, podrá definir los objetos denominados ‘turbina’ en el código. A cada uno de estos tres objetos (turbinas) se le asignan las variables ‘corriente’ y ‘voltaje’. struct generadores turbina_1, turbina_2, turbina_3; Para acceder a las variables, es preciso utilizar el operador ‘.’ turbina_3.voltaje = 150; turbina_3.corriente = 12; Por supuesto, igual que al utilizar los punteros, todavía se le permite realizar operaciones por medio de operadores y sentencias definidos en las partes anteriores. Si está familiarizado con el lenguaje C, recuerde que mikroC no admite la inicialización de los miembros de estructura por medio de las llaves. Por ejemplo, ‘conjunto_1 ={15,‘m’};’ devuelve un error en mikroC. Funciones Una función es una subrutina que contiene una lista de sentencias a realizar. La idea principal es dividir un programa en varias partes utilizando estas funciones para resolver el problema inicial con más facilidad. Además, las funciones nos permiten utilizar las destrezas y el conocimiento de otros programadores. Una función se ejecuta cada vez que se llame dentro de otra función. En C, un programa contiene como mínimo una función, la función main(), aunque el número de funciones es normalmente mayor. Al utilizar funciones el código se hace más corto ya que es posible llamar una función tantas veces como se necesite. En C, el código normalmente consiste en muchas funciones. No obstante, en caso de que su programa sea muy corto y simple, puede escribir todas las sentencias dentro de la función principal. Función Principal La función principal main() es una función particular puesto que es la que se ejecuta al iniciar el programa. Además, el programa termina una vez completada la ejecución de esta función. El compilador reconoce automáticamente esta función y no es posible llamarla por otra función. La sintaxis de esta función es la siguiente: 54 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 55 S iStEmaS dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C void main (void) { /* el primer ‘void’ significa que main no devuelve ningún valor. El segundo ‘void’ significa que no recibe ningún valor. Note que el compilador también admite la siguiente sintaxis: ‘main()’ o ‘void main()’ o ‘main(void)’ */ .. /* —- Introduzca su programa aquí —- */ . }; Esto significa que f es una función que recibe un número real x como parámetro y devuelve 2*xy. La misma función en C se parece a lo siguiente: float f (float x, float y) { float r; r = 2*x - y; return r; } // variables flotantes x y y se pueden utilizar en f // declarar r para almacenar el resultado // almacenar el resultado del cálculo en r // devolver el valor de r Cada función debe ser declarada apropiadamente para poder interpretarla correctamente durante el proceso de compilación. La declaración contiene los siguientes elementos: * Tipo de resultado (valor devuelto): tipo de dato del valor devuelto * Nombre de función: es un identificador que hace posible llamar a una función. * Declaración de parámetros: se parece a la declaración de variable regular (por ejemplo: float x). Cada parámetro consiste en una variable, constante, puntero o matriz, precedidos por la etiqueta de tipo de dato. Se utilizan para pasar la información a la función al llamarla. Los parámetros diferentes están delimitados por comas. * Cuerpo de función: bloque de sentencias dentro de llaves. Una función se parece a lo siguiente: tipo_de_resultado nombre_de_función (tipo argumento1, tipo argumento2,...) { Sentencia; Sentencia; ... return ... } Note que una función no necesita parámetros (función main() por ejemplo), pero debe estar entre paréntesis. En caso contrario, el compilador malinterpretaría la función. Para hacerlo más claro, puede sustituir el espacio en blanco encerrado entre paréntesis por la palabra clave void: main (void). Capítulo 2 55 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 56 El Mundo de los Microcontroladores Valor devuelto Una función puede devolver un valor (esto no es obligatorio) por medio de la palabra clave return. Al llegar a return, la función evalúa un valor (puede ser una expresión) y lo devuelve a la línea de programa desde la que fue llamada. return r; return (2*x - y); // Devolver el valor contenido en r // Devolver el valor de la expresión 2*x-y Una función no puede devolver más de un valor, pero puede devolver un puntero o una estructura. Tenga cuidado al utilizar matrices y punteros. El siguiente ejemplo es un error típico: int *reverse(int *tab) { int r[DIM]; int i; for(i=0;i<DIM;i++) r[i] = tab[DIM-1-i]; return r; // Esta función debe devolver una matriz r // cuyo contenido está en orden inverso con // respecto a la matriz tab // Declaración de una nueva matriz denominada r // Bucle que copia el contenido de tab en r // al invertir el orden // Devolver el valor r } En realidad, el compilador reserva memoria para el almacenamiento de variables de la función reverse sólo durante su ejecución. Una vez completada la ejecución de reverse, la localidad de memoria para la variable i o para la matriz r ya no está reservada. Esto significa que la dirección que contiene los valores de i o r[] está libre para introducir datos nuevos. Concretamente, la función devuelve sólo el valor &r[0], así que sólo el primer elemento de la matriz tab será almacenado en la memoria. Las demás localidades de memoria, tales como &tab[1], &tab[2], etc. serán consideradas por el compilador como espacios en blanco, o sea, estarán listas para recibir los nuevos valores. Para escribir esta función es necesario pasar la matriz r [] como parámetro (vea la subsección Pasar los parámetros). La función puede contener más de una sentencia return. En este caso, al ejecutar la primera sentencia return, la función devuelve el valor correspondiente y se detiene la ejecución de la función. float abs (float x, float y) // Devolver el valor absoluto de 2*x-y { if ((2*x - y) >= 0) return (2*x - y); else return (-2*x + y); } Si la función no devuelve ningún valor, la palabra void debe ser utilizada como un tipo de resultado en la declaración. En este caso, la sentencia return no debe ser seguida por ninguna expresión. Puede ser omitida como en el siguiente ejemplo: void wait_1 (unsigned int a) { 56 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 57 S iStEmaS cnt ++; Delay_ms(a) ; } dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C // Incremento de una variable global cnt // Ejecución de la función Delay_ms // Note que Delay_ms no devuelve nada declarar Prototipos de Funciones Para utilizar una función, el compilador debe ser consciente de su presencia en el programa. En la programación en C, los programadores normalmente primero escriben la función main() y luego las funciones adicionales. Para avisar al compilador de la presencia de las funciones adicionales, se requiere declarar los prototipos de funciones en el principio de programa antes de la función main(). Un prototipo de función está compuesto por: tipo de resultado nombre de función tipos de parámetros un punto y coma (;) El prototipo de la función main no necesita ser declarado. float f (float, float); /* no es obligatorio escribir los nombres de los parámetros. Este prototipo informa al compilador: en el programa se utilizará la función f, que utiliza dos parámetros de tipo float y devuelve el resultado del tipo float. */ Llamar a una Función Mientras una función es definida y su prototipo declarado, se puede utilizar en cualquier parte de programa. Sin embargo, como la función main es ‘raiz’ del programa, no puede ser llamada de ninguna parte de programa. Para ejecutar una función, es necesario escribir su nombre y los parámetros asociados. Vea los siguientes ejemplos: float resultado,a,b; int time = 100; a = 10.54; b = 5.2; resultado = f(a,b); pausa_1(tiempo); funciónX(); // resultado,a,b,time deben coincidir con los tipos // definidos // en la declaración de las funciones f y wait_1 // Ejecutar la función f por medio de los parámetros a y b // El valor devuelto se le asigna a la variable resultado // Ejecutar la función pausa_1 por medio de la variable tiempo // Ejecutar la función funciónX (sin parámetros) Cuando se llama una función, el programa salta a la función llamada, la ejecuta, después vuelve a la línea desde la que fue llamada. Pasar los Parámetros Al llamar una función, se le pasan los parámetros. En C existen dos formas diferentes para pasar parámetros a una función. Capítulo 2 57 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 58 El Mundo de los Microcontroladores El primer método, denominado ‘paso por valor’, es el más fácil. En este caso, los parámetros se pueden considerar como variables locales de la función. Cuando se llama una función, el valor de cada parámetro se copia a un nuevo espacio de memoria reservado durante la ejecución de la función. Como los parámetros se consideran como variables locales por el compilador, sus valores pueden ser modificados dentro de la función, pero sus modificaciones no se quedan en la memoria una vez completada la ejecución de la función. Tenga en cuenta de que la función devuelve un valor, y no una variable. Además, se crean copias de los valores de los parámetros, por lo que sus nombres en la función f pueden ser diferentes de los parámetros utilizados en la main(). La mayor desventaja del ‘paso por el valor’ es que la única interacción que una función tiene con el resto del programa es el valor devuelto de un solo resultado (o la modificación de las variables globales). El otro método, denominado ‘paso por dirección’ le permite sobrepasar este problema. En vez de enviar el valor de una variable al llamar a función, se debe enviar la dirección de memoria del valor. Entonces, la función llamada será capaz de modificar el contenido de esta localidad de memoria. // Función ‘sort’ordena los miembros de la matriz por valor ascendente // y devuelve el miembro con máximo valor int sort(int *); const SIZE = 5; // Prototipo de función // Número de miembros a ordenar void main() { int maximum, input[SIZE] = {5,10,3,12,0}; // Declaración de variables en la matriz maximum = sort(input); // Llamar a función y asignarle el máximo // valor a la variable maximum } int sort(int *sequence) { int i, temp, permut; permut = 1; while(permut!=0) { permut = 0; for(i=0;i<SIZE-1;i++) { // Declaración de variables // Bandera de bit indica que se ha hecho una permutación // Quedarse en el bucle hasta reiniciar la bandera // Bandera reiniciada // Comparar y ordenar los miembros de la // matriz (dos a dos) if(sequence [i] > sequence[i+1]){ temp = sequence [i]; sequence[i] = sequence[i+1]; sequence[i+1] = temp; permut = 1; // Se ha hecho una permutación, bandera de bit //se pone a uno } } } return sequence[SIZE-1]; } 58 // Devolver el valor del último miembro // que es al mismo tiempo el miembro con el máximo valor Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 59 S iStEmaS dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C En este ejemplo, por medio de una función se realizan dos operaciones: ordena los miembros de la matriz por valor asdendente y devuelve el máximo valor. Para utilizar una matriz en una función es necesario asignar la dirección a la matriz (o a su primer miembro). Vea el siguiente ejemplo: float método_1(int[]); float método_2(int*); // Declaración de prototipo de la función Método_1 // Declaración de prototipo de la función Método_2 const NÚMERO_DE_MEDICIONES = 7; // Número de los miembros de la matriz void main() { double promedio1, promedio2; // Declaración de las variables promedio1 // y promedio2 int voltaje [NÚMERO_DE_MEDICIONES] = {7,8,3,5,6,1,9}; // Declaración de la // matriz voltaje promedio1 = método_1(&voltaje[0]); // Parámetro de la función es la dirección // del primer miembro promedio2 = método_2(voltaje); // Parámetro de la función es la dirección de // la matriz } //×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× float método_1(int voltaje[]) // Inicio de la función método_1 { int i, suma; // Declaración de las variables locales i y suma for(i=0;i<NÚMERO_DE_MEDICIONES;i++) suma += voltaje[i]; // Cálculo del valor promedio de voltaje // Es posible utilizar *(voltaje+i)en vez de voltaje[i] return(suma/NÚMERO_DE_MEDICIONES); } //×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× float método_2 (int *voltaje) //Inicio de la función método_2 { int i, suma; // Declaración de las variables locales i y suma for(i=0;i<NÚMERO_DE_MEDICIONES;i++) suma += *(voltaje+i); // Cálculo del valor promedio de voltaje // Es posible utilizar voltaje[i] en vez de *(voltaje+i) return(suma/NÚMERO_DE_MEDICIONES); } Las funciones ‘método_1’ y ‘método_2’ son completamente equivalentes. Las dos devuelven el valor promedio de la matriz ‘voltaje[]’. Después de declararla, la dirección del primer miembro se puede escribir como ‘voltaje’ o ‘&voltaje[0]’. Capítulo 2 59 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 60 El Mundo de los Microcontroladores características PrinciPaLes deL Procesador El preprocesador es un programa que procesa el código antes de que pase por el compilador. Funciona bajo el control de las líneas de comando del preprocesador denominadas directivas. Las directivas del preprocesador se colocan en el código fuente, normalmente en el principio del archivo. Antes de pasar por el compilador, el código fuente se examina por el preprocesador que detecta y ejecuta todas las directivas del preprocesador. Las directivas del preprocesador siguen a una regla de la sintaxis especial, empiezan por un símbolo ‘#’ y no requieren ningún punto y coma al final (;). directivas del Procesador La tabla 11 contiene un conjunto de directivas del preprocesador frecuentemente utilizadas: Tabla 11 Las directivas del preprocesador se pueden dividir en tres categorías: * Definiciones de macro * Inclusiones de archivos * Control de compilación Ahora, vamos a presentar sólo las directivas del preprocesador utilizadas con más frecuencia. Sin embargo, no es necesario saber todas ellas para programar microcontroladores. Sólo tenga en cuenta que el preprocesador es una herramienta muy poderosa para los programadores avanzados en C, especialmente para el control de compilación. directivas del Procesador para definir marcos Por medio de los macros es posible definir las constantes y ejecutar funciones básicas. Una sustitución de macro es un proceso en el que un identificador del programa se sustituye por una cadena predefinida. El preprocesador sustituye cada ocurrencia del identificador en el código fuente por una cadena. Después de la sustitución, el código será compilado normalmente. Esto significa que el código sustituido debe respetar la sintaxis del mikroC. La acción se realiza por medio de la directiva ‘#define’. #define PI 3.14159 // Sustitución simple, PI será sustituido por // el valor 3.14159 en todas las partes del programa También puede utilizar los parámetros para realizar substituciones más complejas: #define VOLUMEN (D,H) (((D/2)*(D/2)*PI))*H 60 Club Saber Electrónica Nº 97 // Macro con parámetros Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 61 S iStEmaS dE P rogramaCióN : L ENguajE mikro C Entonces, en el código, la siguiente sentencia: Tanque_1 = VOLUMEN (Diámetro,altura); Será sustituida por: Tanque_1 = (((Diámetro/2)*(Diámetro/2)*PI)*altura; Por medio de la directiva #undef es posible quitar una definición de nombre de macro. Así se especifica que la substitución que se ha definido anteriormente ya no va ocurrir en el siguiente código. Esto es útil cuando usted quiere restringir la definición sólo a una parte particular del programa. #undef TANQUE // Quitar la definición del macro VOLUMEN inclusión de archivos La directiva de preprocesador #include copia un archivo específico en el código fuente. El código incluido debe observar la sintaxis de C para ser compilado correctamente. Hay dos formas de escribir estas directivas. En el primer ejemplo, sólo el nombre de archivo se especifica, así que el preprocesador lo buscará dentro del archivo include. En el segundo ejemplo, se especifica la ruta entera, así que el archivo estará directamente incluido (este método es más rápido). #include <nombre_de_archivo> #include “C:\Ruta\nombre_de_archivo.h” // Se especifica sólo el nombre del archivo // Se especifica la localidad exacta del archivo Lo dados hasta aquí es una “base” para que pueda aprender a programar en lenguaje. Como ya hemos visto, hay varias divergencias entre los lenguajes mikroC y ANSI C. En el próximo tomo de colección del Club Saber Electrónica vamos a presentar las características específicas del mikroC con el propósito de facilitar la programación de los microcontroladores PIC. J Capítulo 2 61 Cap 2 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:53 Página 62 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 63 Capítulo 3 eL Mundo de Los MicrocontroLadores “Los MicrocontroLadores Pic” Los circuitos integrados programables (Programmable Integrated Circuits = PIC) son componentes sumamente útiles en la Electrónica de Consumo. Aun cuando son conocidos desde hace más de veinte años, existen en la actualidad nuevos tipos que cumplen con una serie de requisitos y características sumamente útiles. Como una primera aproximación podemos definir a un PIC como “un chip que permite obtener un circuito integrado a mi medida”, es decir, puedo hacer que el PIC se comporte como un procesador de luminancia, un temporizador o cualquier otro sistema mediante un programa que le grabo en una memoria ROM interna. Los microcontroladores PIC son, en el fondo, procesadores similares a otros tipos, como por ejemplo la familia de los microprocesadores X86, 80486, Pentium y muchos otros pero con capacidades limitadas. En este capítulo veremos en qué consiste un PIC y cuáles son los tipos más comunes, lo que nos permitirá abordar el tema de su programación, lo cual se desarrollará en el próximo tomo de la colección Club Saber Electrónica. IntroduccIón En realidad, un microprocesador y un microcontrolador no son la misma cosa. Los PICs son microcontroladores, es decir, una unidad que posee en su interior al microprocesador y a los elementos indispensables para que pueda funcionar como una minicomputadora en un solo chip. Un microprocesador es solamente la unidad central de procesos o CPU, la memoria, los Capítulo 3 63 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 64 El Mundo de los Microcontroladores puertos y todos los demás periféricos son exteriores. La programación de un microprocesador es, por lo tanto, una tarea compleja porque deben controlarse todos estos dispositivos externos. Un microcontrolador integra la CPU y todos los periféricos en un mismo chip. El programador se desentiende de una gran cantidad de dispositivos y se concentra en el programa de trabajo. Esta circunstancia da lugar a una gran pérdida de tiempo porque los datos tienen que ser retirados de la memoria y llevados a la CPU (Central Processor Unit) y viceversa. Esto significa que la computadora dedica la mayor parte del tiempo al transporte de datos de ida o de vuelta, en lugar de usar este tiempo para trabajar sobre los datos. Los PICs emplean un conjunto de instrucciones del tipo RISC (Reduced Instruction Set Computer). Con el RISC se suele ejecutar la mayoría de las instrucciones con un solo pulso del clock. Con las instrucciones que se usan en otros equipos del tipo CISC (Complex Instruction Set Computer), se logran instrucciones más poderosas, pero a costa de varios ciclos del clock. En el bien conocido procesador 68HC11 de Motorola se requieren, a veces, hasta 5 ciclos del clock para ejecutar una instrucción. A los fines prácticos, nos vamos a referir a los microcontroladores como bloques que poseen una memoria de programa, que es el lugar donde deben alojarse los datos que le indiquen al chip qué es lo que debe hacer; una memoria de datos donde ingresen las señales que debe procesar el programa, una unidad aritmética y lógica donde se desarrollen todas las tareas, una unidad de control que se encargue de supervisar todos los procesos y puertos de entrada y salida para que el PIC tenga contacto con el exterior (figura 1). Un microcontrolador, como cualquier circuito integrado analógico, tiene entradas, salidas y algunos componentes exteriores necesarios para procesar las señales de entrada y convertirlas en las señales de salida (figura 2). El 16C54 (con memoria tipo OTP) y su similar 16F84 (con memoria EEPROM tipo flash) requieren un cristal con dos capacitores y como mínimo un resis- 64 Club Saber Electrónica Nº 97 Figura 1 tor para el reset. Por supuesto necesita una tensión de fuente de 5V (VDD) aplicada con respecto al terminal de masa (VSS). Posee dos puertos de salida, el A y el B, cuyos terminales son marcados RA0 al RA4 y RB0 al RB7. Estos puertos pueden ser programados como de entrada o de salida. El terminal 4 opera como reset pero también cumple funciones de carga de memoria de programa cuando es excitado con pulsos de 15V. El terminal RA4 (pata 3) también tiene funciones como entrada de un temporizador y RBO (pata 6) cumple también funciones como entrada de interrupción. Vamos a realizar la explicación de este capítulo en base al microcontrolador 16F84 por ser uno de los PICs de mayor renombre y por existir abundante bibliografía y proyectos disponibles gratuitamente en Internet. Sin embargo, debemos aclarar que existen otros chips como el 16F628, que son similares a éste, más económicos y de mejores prestaciones. Oportunamente veremos cómo “migrar” de uno a otro sin mayores complicaciones. Figura 2 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 65 LoS M iCroCoNtroLadorES PiC También aclaramos que en el próximo tomo de la colección Club Saber Electrónica analizaremos a un PIC de mejores características como el PIC 16F887. Ahora bien, la mayoría de los microcontroladores (sean de Microchip, o de National, Motorola, Philips, etc.) se comportan de forma similar, por ello nos vamos a referir a los microcontroladores PIC16F84 cuya arquitectura interna puede observarse en la figura 3. Observe primero los bloques externos. Existe un cristal que se conecta en OSC1 y OSC2 para generar el CLOCK del sistema. Luego una señal de entrada llamada MCLR negada, que es un nombre de fantasía para nuestro conocido RESET (debido a que esa pata tiene un doble uso) y, por último, dos puertos paralelos de I/O (entrada o salida) llamados puerto A y puerto B. Una de las patas del puerto A puede ser utilizada como entrada de interrupciones (esta pata especial hace que el microprocesador deje de realizar la tarea que estaba ejecutando y pase a realizar otra tarea alternativa; cuando la termina vuelve a su programa original). Analicemos el bloque más grande (temporizadores), en éste observamos un grupo de bloques dedicados a mejorar el funcionamiento pero sin influir directamente en el flujo de señales. Vemos un temporizador de encendido, un temporizador de arranque del oscilador de CLOCK, un circuito de reset y un circuito llamado de vigilancia o WATCHDOG. Los dos primeros bloques procuran un arranque ordenado para no producir una carga al mismo tiempo sobre la fuente. Por último, existe un circuito con un nombre curioso: “perro guardián”. Su función es estar vigilante el máximo de tiempo que tarda el microprocesador en completar su programa (o mejor sería decir, la derivación más larga de su programa) y en caso de superarse ese tiempo, provocar un reset automático porque el microprocesador se quedó trabado en alguna parte de su programa. También se dice que el microprocesador se quedó colgado o congelado. Este bloque de circuitos no trabaja indepen- Figura 3 Capítulo 3 65 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 66 El Mundo de los Microcontroladores dientemente sino que requiere conexiones al exterior y al interior del dispositivo. Por ejemplo, no siempre son utilizados y es el programa quien determina su utilización y además ajusta sus parámetros. Esto se realiza a través del bloque de control o decodificador de instrucciones. Analicemos ahora la sección de arriba a la izquierda en donde observamos la memoria de programa, el contador de programa, el registro de instrucciones y la pila o STACK de 8 niveles. Cuando hablamos de registros nos referimos a pequeñas unidades de memoria transitoria, construida por lo general, con un registro de desplazamiento. Son memorias volátiles que se utilizan para guardar información por un tiempo mínimo, con el fin de realizar una operación compleja de varios pasos. El contador de programa es el responsable de que el microprocesador vaya analizando las instrucciones en orden ascendente. Este guarda el número de instrucción en el STACK y la instrucción misma la pasa al registro de instrucciones desde donde se envía al resto del microprocesador. El STACK es, en realidad, una pila de registros (en nuestro ejemplo hay 8), debido a que el programa puede tener derivaciones (en la jerga LOOPS, rulos o subprogramas). Cuando se termina de ejecutar un loop se debe volver al mismo punto del programa en donde se había producido la bifurcación y eso es posible porque ese número de instrucción quedó guardado en uno de los registros de la pila. Es común que un loop tenga, a su vez, un loop secundario y cuando se ejecuta ese loop secundario se debe volver al mismo punto del loop primario, eso se consigue con guardar ese número de instrucción del loop secundario en otro registro de la pila. Analicemos ahora la sección inferior derecha. En ese sector se ubican los bloques responsables de efectuar operaciones matemáticas y lógicas binarias; recordemos que el nombre ALU proviene de Aritmetic Logic Unite (unidad arimética y lógica). En este sector es imprescindible utilizar un registro ya que una operación aritmética o lógica siempre se efectúa entre dos números. Los números binarios que deben procesarse se toman de la memoria de datos, el primero se acumula en el registro de trabajo o re- 66 Club Saber Electrónica Nº 97 gistro W (de Work = trabajo) el segundo es el presente en el instante en que se invoca la memoria de datos. Como las operaciones pueden ser encadenadas (cuando el resultado sirve como operando de la siguiente operación, tal como el caso de un producto) el registro W tiene un retorno a la ALU. Vemos además que la ALU está comandada por el bloque MUX (MUltipleXador). En efecto, la ALU requiere que se le envíen números para procesar que le lleguen desde la memoria de datos, pero antes se la debe predisponer para que efectúe la operación requerida (comparación, rotación de dígitos, etc.). El registro de estado o estatus colabora durante las operaciones matemáticas. Piense cómo opera Ud. para realizar una resta: primero ubica el primer número, luego el segundo y después comienza a analizar los bits menos significativos (las unidades), pero si el número de arriba es menor que el número de abajo, entonces toma prestado de la columna de las decenas, luego debe recordar esto porque el número de arriba en la columna de las decenas se redujo en una unidad. En realidad, aunque se trate de una operación entre dos números su ejecución requiere guardar lo que se llama acarreo en otro registro y éste no es otra cosa más que el registro STATUS. El PIC16F84 contiene además de todo lo visto, una memoria RAM de registros que puede ser llamada desde el registro de instrucción a través de un multiplexador de direcciones. Esta sección sólo se utiliza en desarrollos avanzados. Ahora bien, un microcontrolador sin programa no sabe hacer nada, es como un niño recién nacido; tiene algunos reflejos condicionados como el de succión que le permite alimentarse pero no sabe hacer más que eso. Nosotros deberemos enseñarle a realizar acciones y lo vamos a hacer como a un bebé, paso a paso. Su capacidad de aprendizaje es enorme y sumamente variada. Le vamos a enseñar a llorar a intervalos regulares, a encender luces, a sumar, a restar, etc. Enseñarle significa programarlo y eso se realiza con una plaqueta de programación que depende de cada marca y modelo de microcontrolador. Antiguamente los microprocesadores tenían una ventanita transparente y era necesario Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 67 LoS M iCroCoNtroLadorES PiC Figura 4 exponerlos a la luz ultravioleta para borrar su memoria e introducir un programa nuevo. Actualmente cuentan con memorias que no tienen este requisito. Basta con cargarlos con un programa para que se borre el anterior. Esto significa que, con el mismo integrado, podremos construir diferentes dispositivos que realicen funciones totalmente distintas unas de otras. La MeMorIa de PrograMa La memoria del PIC16F84 es una EEPROM, es decir, de lectura solamente (ROM = Read Only Memory) que se programa por tensión (no necesita luz ultravioleta); es decir que basta con introducir los datos con cierto nivel de tensión para que éstos borren el programa anterior y graben uno nuevo. ¿Por qué esta memoria se llama ROM, si se pueden grabar datos sobre ella? Se llama ROM porque para grabarla se debe conectar el PIC al programador; luego de que el PIC coloca estos datos en la plaqueta del dispositivo, sólo pueden ser leídos, ya que entonces forman el programa del PIC. Esta memoria (figura 4) tiene una longitud de 1 Kbyte con palabras de 14 bits. Digamos que tiene un ancho de 14 bits y una altura de 1.000 Bytes o que es una memoria de 1.000 x 14. Observe que los números de instrucción en hexadecimal van desde el 000 al 3FF, lo cual implica que existen 1.040 posiciones de memoria, valor obtenido empleando la fórmula: 3 x 162+16 x 161+16 x 160 Observe que dos de las posiciones de memoria tienen las indicaciones “vector de reset” y “vector de interrupción”. Eso significa que, cuando se provoca un reset, el microprocesador vuelve a la posición 000 del programa y cuando se produce una interrupción, a la posición 004. Estos retornos forzados deben ser considerados al diseñar el programa del microprocesador; es decir que el reset se produce porque la señal externa pone el contador de programa en 000 y todo el programa se reinicia. En cambio, cuando ingresa una señal por la pata de interrupción el contador de programa va a 004 y la acción que, en general ocurre, es que se comienza a leer un subprograma particular. Cuando este subprograma termina, Figura 5 el contador de programa recupera el número que tenía en el momento de arribar la interrupción. La MeMorIa de datos La RAM (Random Access Memory = memoria de acceso aleatorio, figura 5) es una memo- Capítulo 3 67 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 68 El Mundo de los Microcontroladores Figura 6 ria de lectura y escritura de 64. De estos 64 registros, los primeros 12 son fijos y cumplen un propósito determinado, en tanto que desde el 13 hasta el 64 son registros de propósito general, en donde el programa puede indicar que se almacene un dato para ser tomado más tarde. Además, posee un conjunto de memoria SRAM de 36 posiciones con los que se pueden construir registros de 8 bits con características EEPROM. En lo personal, prefiero designar a este conjunto de registros como “memoria libre”. Los Puertos deL PIc El PIC16C84 tiene dos puertos paralelos de entrada o salida: el puerto “A” de 8 patas y el “B” de 5 patas. Cada pata puede ser predispuesta por el programa para operar como de entrada o de salida. Cada pata tiene un resistor de pull-up (resistor conectado a fuente) interno que puede ser desconectado mediante el programa. Estos resistores se desconectan automáticamente si una pata se predispone como pata de salida debido a que las salidas ya tienen posibilidad de entregar corriente desde fuente con un transistor. Todos los resistores de pull-up se conectan o desconectan al mismo tiempo (no existe un comando que los conecte independientemen- 68 Club Saber Electrónica Nº 97 te). Como puerto de salida, una pata puede tomar 25mA del circuito o entregar 20mA al mismo, sin embargo, en el puerto “A” sólo se pueden consumir 80mA en total o entregar 50mA, esto significa que sólo algunas patas pueden trabajar al máximo porque si todas lo hicieran (y son 8) el consumo total sería de 25 x 8 = 200mA. El puerto “B” tiene otras características máximas, ya que en total puede tomar 150mA o entregar 100mA. Como vemos, las salidas admiten suficiente carga como para alimentar directamente a un led (figura 6). Los puertos no utilizados siempre se deben conectar a la fuente de 5V a través de un resistor de 10kΩ debido a que se trata de un dispositivo CMOS que, de otro modo, podría deteriorarse por captación electrostática (figura 7). La pata 3 perteneciente al puerto “A” puede ser configurada como de entrada/salida o como Figura 7 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 69 LoS M iCroCoNtroLadorES PiC Para circuitos que requieran una gran precisión se puede trabajar con un cristal de frecuencia baja, media o alta (figura 10). Como máximo el PIC16F84 puede trabajar con un cristal de 10MHz. Internamente la frecuencia del cristal se divide por 4, por lo tanto, es muy común la utilización de un cristal de 4MHz para obtener un CLOCK interno de 1MHz que garantiza que cada instrucción dure exactamente 1mS. Para temporizadores de período largo se utilizan cristales de baja frecuencia. Figura 8 de arranque de un temporizador/contador (figura 8). Cuando se programa como entrada esta pata funciona como un disparador de SCHMITT o Schmitt trigger, ideal para reconocer señales distorsionadas o con crecimiento lento. Esta misma pata también tiene una característica distinta cuando opera como salida. Ella es la única que trabaja a colector abierto, es decir, que no puede emplearse como fuente, en este caso siempre se utilizará un resistor externo. eL reset El PIC “se resetea” cuando la pata 4 (MCLR negada) se pone a potencial bajo. Para simplificar el circuito de reset, el PIC posee un temporizador interno que permite realizar un reset automático cuando se aplica tensión de 5V. En estos casos el circuito externo de reset sólo implica el Figura 11 eL cLock Figura 9 Figura 10 Los PICs poseen un oscilador configurable por programa de características muy amplias. Cuando no se requiere mucha precisión se puede trabajar con un oscilador a RC conectado según la figura 9. uso de un resistor de 10kΩ entre la pata 4 y fuente tal como se muestra en la figura 11. En muchos circuitos es necesario realizar un reset manual y para ello existen dos posibilidades, una es utilizar sólo el temporizador interno (por programa) y la otra es agregar una constante de tiempo exterior como se muestra en la figura 12. En el segundo circuito C1 provee un retardo al encendido o posterior al pulsado de reset porque C1 se cargará lentamente a través de R1 con una constante de tiempo de 22kΩ x 10µF = 220mS. Capítulo 3 69 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 70 El Mundo de los Microcontroladores El resistor R3 limita la corriente de descarga de C1 a valores compatibles con sus características de corriente de pico máxima. D1 descarga a C1 cuando la tensión de fuente decae para permitir un reset inmediato cuando la fuente se apaga y se enciende en rápida sucesión. R2 limita la corriente de reset, tomada desde el microprocesador. Este segundo sistema se suele utilizar cuando se requiere un reseteado remoto a través de varios metros de cable que podrían captar zumbido (C1 reduce la impedancia del circuito de reset). PrIMeras concLusIones El PIC es un microcontrolador, una especie de "ordenador en miniatura" (con muchas comillas) que podremos programar. Hay muchos tipos de microcontroladores PIC, los hay de 8 patas con 6 terminales para intercambio de datos (6 terminales de entrada / salida de datos), pero también existen dispositivos más poderosos de 80 patas con 40 pines I/O (de entrada y salida de datos). El PIC16F84 posee en su interior un microprocesador, una memoria RAM (volátil) donde guardaremos las variables, una memoria EEPROM (no volátil) donde guardaremos nuestro programa, un timer o contador que nos facilitará algunas tareas, y otros bloques de control y apoyo. Algunas características más representativas del PIC16F84 son: Opera a una frecuencia máxima de 10MHz (excepto el PIC16F84A que puede operar a 20MHz). 1kbyte de memoria EEPROM para nuestro programa (1024 posiciones). 68 bytes (de 8 bits) de memoria RAM 64 bytes de memoria EEPROM para datos (no volátiles) Programable con sólo 35 instrucciones Posee 13 pines de entrada/salida (un puerto de 8 bits + otro de 5 bits) Tiene un timer/contador de 8 bits También posee una serie de registros y temporizadores, cuyo estudio no realizaremos en esta obra. GPIC USB: ProGramador de mICroControladoreS PIC y memorIaS eeProm Por PUerto USB IntroduccIón Este proyecto comenzó a principios del 2008 cuando inicié la escritura del código fuente para el firmware de un 18F2550 y la elaboración del Software correspondiente a la interfaz de usuario para la PC de un programador de microcontroladores Pic por puerto USB. Anteriormente ya había estado interesado en los procesos de programación de los Pic por lo tanto, basado en esas experiencias y en el estudio de los Data Sheets referentes a las especificaciones de programación de los microcontrola- 70 Club Saber Electrónica Nº 97 dores, surgió el GPIC USB como una aplicación totalmente funcional hacia finales de Octubre del 2008. A la fecha ha sufrido algunas modificaciones que permite mejorar su funcionamiento y ampliar la cantidad de componentes soportados. descrIPcIón deL cIrcuIto eLectrónIco El esquema de la figura 1 corresponde al programador de microcontroladores PIC por puerto USB, su diseño es simple y sen- Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 71 LoS M iCroCoNtroLadorES PiC Figura 1 cillo. Lo podemos dividir en tres bloques fundamentales bien definidos, tal como muestra la figura 2. Bloque 1: Microcontrolador El primero y más importante está constituido por el microcontrolador 18F2550 (IC2), es el encargado de la comunicación por el puerto USB con la PC por intermedio Figura 2 de la interfaz de programación, establece la transferencia de datos con los microcontroladores soportados y activa las tensiones de VDD y VPP, figura 3. Los pines 15 y 16 (RC4 - RC5) del puerto C del PIC conectan con la ficha correspondiente para la transmisión y recepción de los datos vía USB. Los pines 2 y 3 (RA0 - RA1) del puerto A se destinan como interfaz de comunicación del protocolo ICSP entre el programador y los microcontroladores soportados por éste, a través del conector ICSP (terminales 1 y 2, figura 1). Los datos por el pin 2 son bidireccionales, sincronizados por una señal de reloj con salida por el pin 3. Capítulo 3 71 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 72 El Mundo de los Microcontroladores Figura 3 Los pines 23, 24 y 25 (RB2 - RB3 - RB4) del puerto B los utilizamos para el control de la tensión VPP de programación. Según el estado de estas salidas obtenemos diferentes tensiones en la salida VPP del conector ICSP (terminal 3, figura 1). El pin 26 (RB5) del PIC lo utilizamos como una salida para controlar los estados de la tensión VDD. Continuamos con los pines 11, 12 y 13 (RC0 - RC1 - RC2) del puerto C, son utilizados como salidas para los LEDs de visualización del funcionamiento del programador. Comenzando con el LED denominado "VDD", este se encenderá con el suministro de esta tensión. Tenemos tres estados posibles, según la 72 Club Saber Electrónica Nº 97 configuración establecida desde la interfaz de usuario en la PC: A- Sólo se suministra tensión VDD a los microcontroladores soportados durante los procesos de lectura, grabación, verificación y borrado. B- Suministro de tensión constante, para poder alimentar a los circuitos durante las pruebas (sólo circuitos con bajo consumo). C- No se suministra tensión VDD hacia los microcontroladores soportados, una fuente externa debe proveer la alimentación. El LED denominado VPP, se enciende durante el suministro de dicha tensión Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 73 LoS M iCroCoNtroLadorES PiC durante todos los procesos. Desde la interfaz de programación en la PC podemos configurar el suministro de esta tensión de dos formas: A- Sólo se suministra tensión VPP a los microcontroladores soportados durante todos los procesos. B- Suministro de tensión MCLR postprocesos, para "arrancar" al microcontrolador sin tener que desconectar la ficha ICSP. Por último el LED denominado USB, se enciende cuando se establece la comunicación con el puerto USB y es reconocido el programador. Volviendo sobre el PIC 18F2550, éste debe ser grabado en un principio para su funcionamiento. El programa para este microcontrolador podemos dividirlo en dos partes: un programa residente en un bloque de memoria del PIC, comúnmente llamado bootloader, encargado de "chequear" la existencia del firmware correspondiente al conectar el programador al puerto USB. En caso de no encontrarse, el LED denominado USB comenzará una secuencia de encendido en forma intermitente. En caso contrario, el firmware tomará el control y el LED quedará encendido en forma continua. La gran ventaja de utilizar este sistema se debe a que sólo una vez debemos programar el microcontrolador 18F2550, en lo sucesivo los cambios y actualizaciones del firmware se podrán realizar directamente desde la interfaz de usuario en la PC. Para finalizar este bloque, el pin 17 (RC6) del puerto C, lo utilizamos para generar una señal que, junto con el buzzer BZ1 emite unos "beeps" cada vez que pulsamos los botones de comando para lectura, grabación, verificación y borrado desde la interfaz de programación. Es opcional su implementación y puede ser activado o desactivado desde la misma interfaz. Bloque 2: conversor dc - dc En un comienzo me planteé qué diseño usar para el conversor de tensión, si implementarlo de forma totalmente independiente o utilizar el PIC para esta tarea generando un PWM por software, más los componentes externos necesarios. Me decidí por la primera opción por varios motivos: el circuito integrado utilizado MC34093, figura 4, es un conversor especializado para esta función, de muy bajo costo, ampliamente difundido, que figura en las listas de componentes de casi todos los comercios de electrónica. Es autónomo, no depende del firmware grabado en el 18F2550, quiero decir con esto que podemos chequear su funcionamiento y la tensión de salida del conversor (en las pruebas) sin necesidad de tener el PIC en la placa del programador ya que no depende de éste. Además nos permite, si fuera necesario, regular la tensión de salida con sólo variar el valor de una resistencia: R3 o R4. El valor del choque L1 no es crítico, puede estar comprendido entre 220µH y 680µH sin ningún tipo de inconveniente. Figura 4 El circuito se alimenta con 5 volt suministrados por el puerto USB y a la salida de TP2 obtenemos una tensión continua de aproximadamente 14V a 14.5V necesarios para alimentar el bloque 3 de la figura 2. Las resistencias R3, R4 junto con R5 forman un divisor resistivo conectado al pin 5 del Capítulo 3 73 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 74 El Mundo de los Microcontroladores MC34093, este lazo de realimentación estabiliza la tensión de salida ya que es comparada con una tensión de referencia interna, como podemos observar en la figura 5. En la salida del integrado pin 1, obtenemos una onda variable en ancho de pulso (PWM) en relación al consumo exigido luego de la rectificación, lógicamente dentro de unos límites. Los estados de conmutación On-Off en el pin 1 del MC34093 junto con L1 producen la elevación de la tensión, el diodo D1 y los capacitares C3, C4 se encargan de la rectificación. El capacitor C2 establece la frecuencia del oscilador interno. Bloque 3: tensiones VPP y Vdd Podría haber utilizado un solo transistor para tratar la tensión de programación VPP, pero estaríamos bastante limitados. La idea era tener una salida Vpp única y más flexible, que proporcionara la tensión normal de programación, la opción de una tensión MCLR post programación y por último que ya estuviera pensada para los microcontroladores que trabajan con 3.3 volt que serán incorporados en el futuro. Esto lo podía obtener utilizando un amplificador operacional, precisamente el CA3140 con entradas MOSFET y salida bipolar, que trabaja bien con alimentación de simple vía, pero lo más importante en cuanto a la elección es que está preparado para obtener una tensión de salida diferente independientemente a la tensión suministrada sobre el pin 7. Con un diodo Zener sobre el pin 8 (STROBE) se consigue de forma simple y práctica modificar el valor de la tensión de salida por el pin 6. En la figura 7 podemos ver la información que brinda el fabricante del CA3140 para adaptar la salida a niveles compatibles TTL independientemente de la tensión V+ en el pin 7. En el programador he adaptado el circuito para manejar las tensiones de 3.3 volt para esta gama de PICs que se irán incorporando en próximas actualizaciones. 74 Club Saber Electrónica Nº 97 Figura 5 Figura 6 Figura 7 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 75 LoS M iCroCoNtroLadorES PiC Listado de Materiales IC1 = MC34063 IC2 = PIC 18F2550 IC3 = CA 3140 Q1 = BC327 Q2 = BC547 Vpp, Vdd, Usb = LEDs de 3 mm D1 = 1N4148 R1 = 0.22 a 0.47 Ohm R2 = 180 Ohm R3 = R4 = 12kΩ R5 = 2.2kΩ R6, R7 - R8 = 33 Ohm R9, R10, R11= 10kΩ R12 = 33kΩ R13, R14, R15, R21, R22 = 4.7kΩ R16, R17, R18 = 470 Ohm Está conformada, como podemos observar en la figura 6, por el Zener Z1 conectado al pin 8 del CA3140 en serie con el transistor NPN Q2 que trabaja como llave electrónica On-Off, de acuerdo a los niveles alto o bajo en la base. Con un nivel bajo sobre la base de este transistor el circuito está desconectado, por lo tanto la tensión VPP será la normal de 12.30V a 13V; por otro lado, con un nivel alto proporcionado por RB4 del 18F2550 a través de R13 el circuito se conecta, la tensión VPP en este caso será de 3.3 volt. De esta forma queda totalmente automatizado el suministro de VPP de acuerdo a los dispositivos seleccionados desde la interfaz de usuario en la PC. Por el momento no es necesario implementar Z1, Q2 y R13, ya que es la primera versión base del programador y dicha gama de dispositivos aún no están incorporados. En este caso el pin 8 debe quedar sin conexión. Como pueden ver, la electrónica del programador ya está pensada para soportar de forma práctica a estos microcontroladores a medida que sean agregados. Continuando con esta etapa, las entradas inversora y no inversora del amplificador operacional se conectan con RB3 y RB2 del microcontrolador; de acuerdo a los C1, C4 = 100µF x 16V, electrolítico C2 = 390pF, cerámico C3, C5 = 0,1µF, cerámico C6 = 10µF x 16V, electrolítico C7, C8 = 15pF, cerámico C9 = 0,47µF, cerámico C10 = 1nF, cerámico C11 = 1µF x 16V, electrolítico L1 = choque de 330µH a 680µH Xtal = cristal de 20MHz Bz1 = (opcional) buzzer sin oscilador interno F1 = Fusible de 250mA, requiere puente o portafusible Varios: Placa de circuito impreso, gabinete para montaje, conector USB, conector ICSP, cables, estaño, etc. niveles detectados por las entradas del CA3140 la salida de éste conmutará entre un estado próximo a masa (0.3 volt) y Vpp, al finalizar proveerá una tensión adecuada al caso, si se eligió la opción "suministrar MCLR" desde la interfaz de programación. Todas las señales para la activación de las tensiones están sincronizadas desde el firmware del microcontrolador Pic. Las resistencias R9 y R10 conectadas a masa evitan que queden al "aire" las entradas del operacional en caso que el microcontrolador 18F2550 no esté presente en su zócalo, de lo contrario tendríamos un estado de indeterminación a la salida. El capacitor C10 limita la banda pasante del operacional, es obligatorio junto con R11 y R12. El pin 7 del CA3140 recibe la tensión de alimentación para su funcionamiento, proporcionada por el conversor Dc-Dc. El pin 4 se conecta a masa. La tensión máxima en la salida del operacional pin 6 es aproximadamente 2 volts menor a la tensión de alimentación sobre el pin 7 (en caso que no se encuentre activado Q2, Z1). Para finalizar la descripción y resumiendo, el terminal 3 del conector ICSP (figura 1) puede manejar cuatro estados de VPP: Capítulo 3 75 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 76 El Mundo de los Microcontroladores 1- Una tensión próxima a masa (0.3 volt). 2- Una tensión Vpp de aproximadamente 12.30 - 13 volt. 3- Una tensión post programación MCLR. 4- Una tensión Vpp baja de 3.3 volt. Por último el transistor Q1 se encarga del manejo de la tensión Vdd, se encuentra conectado con la salida RB5 del microcontrolador. Un nivel alto en la base de Q1 lo mantiene bloqueado y un nivel bajo lo coloca en estado de conducción con salida por colector; el emisor de dicho transistor se conecta a +5 volt suministrados por el puerto USB. extensión 3.3 Volt Vdd2 Opcionalmente podemos anexar una línea auxiliar de 3.3 volt en el conector ICSP (ya está contemplado en Figura 8 el circuito general de la figura 1). Con un simple circuito (figura 8) obtenemos una tensión de salida de 3.3 volts en el emisor de Q3, con las mismas características de control que VDD. La entrada de tensión se produce por el colector de Q3, conectado a VDD, colector de Q2. En la figura 9 se puede ver la imagen de la placa de circuito impreso con su máscara de componentes. Desde la página del autor puede descargar tanto la interfaz gráfica para programación (figura 10) como el firmware para el PIC del programador. La versión 2.1 de dicho firmware soporta los siguientes componentes: 76 Club Saber Electrónica Nº 97 PIC18F67J93 PIC18F87J93 PIC18F67J90 PIC18F87J90 PIC18F67J50 PIC18F87J72 PIC18F67J11 PIC18F87J50 PIC18F67J10 PIC18F87J11 PIC18F66J93 PIC18F87J10 PIC18F66J90 PIC18F86J93 PIC18F66J55 PIC18F86J90 PIC18F66J50 PIC18F86J72 PIC18F66J16 PIC18F86J55 PIC18F66J15 PIC18F86J50 PIC18F66J11 PIC18F86J16 PIC18F66J10 PIC18F86J15 PIC18F65J90 PIC18F86J11 PIC18F65J50 PIC18F86J10 PIC18F65J15 PIC18F85J90 PIC18F65J11 PIC18F85J50 PIC18F65J10 PIC18F85J15 PIC18F64J90 PIC18F85J11 PIC18F64J11 PIC18F85J10 PIC18F63J90 PIC18F84J90 PIC18F63J11 PIC18F84J11 PIC18F83J90 PIC18F83J11 PIC18F66J60 PIC18F66J65 PIC18F67J60 PIC18F86J60 PIC18F86J65 PIC18F87J60 PIC18F96J60 PIC18F96J65 PIC18F97J60 PIC18F24J10 PIC18LF24J10 PIC18F25J10 PIC18LF25J10 PIC18F44J10 PIC18LF44J10 PIC18F45J10 PIC18LF45J10 PIC18F24J11 PIC18LF24J11 PIC18F25J11 PIC18LF25J11 PIC18F26J11 PIC18LF26J11 PIC18F44J11 PIC18LF44J11 PIC18F45J11 PIC18LF45J11 PIC18F46J11 PIC18LF46J11 Figura 9 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 77 LoS M iCroCoNtroLadorES PiC Figura 10 PIC18F26J13 PIC18LF26J13 PIC18F27J13 PIC18LF27J13 PIC18F46J13 PIC18LF46J13 PIC18F47J13 PIC18LF47J13 PIC18F24J50 PIC18LF24J50 PIC18F25J50 PIC18LF25J50 PIC18F26J50 PIC18LF26J50 PIC18F44J50 PIC18LF44J50 PIC18F45J50 PIC18LF45J50 PIC18F46J50 PIC18LF46J50 PIC18F26J53 PIC18LF26J53 PIC18F27J53 PIC18LF27J53 PIC18F46J53 PIC18LF46J53 PIC18F47J53 eL PrograMador Quark Pro 2 Para cargar un programa en un microcontrolador PIC se requiere de una serie de parámetros básicos a saber: VDD = Voltaje de alimentación de 5V VSS = Referencia de tierra del circuito VPP = Voltaje de programación de 14V PGD = Datos de programación PGC = Pulsos de reloj para la sincronización El primer cargador desarrollado por nuestro equipo y publicado en Saber Electrónica en 1998, utilizaba el puerto paralelo de una computadora, precisaba una fuente externa y estaba basado en un circuito de David Tate. Posteriormente desarrollamos varios cargadores usando el puerto serie con y sin fuente de alimentación, muchos de ellos basados en un diseño denominado “JDM” y que emplean como interfaz gráfica al programa IC-Prog. El programador más completo lo hemos denominado Quark Pro 2 y se publicó en Saber Electrónica Nº 200. Aquí una breve descripción. En la figura 11 se muestra el circuito eléctrico del programador QUARK-PRO 2. Como puede observar no existe ninguna fuente de alimentación externa. El circuito se alimenta del puerto serial de la PC a través del conector DB9. El voltaje de alimentación VDD se obtiene de los mismos pulsos de reloj (pin 7 del DB9), los cuales son Capítulo 3 77 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 78 El Mundo de los Microcontroladores Figura 11 Figura 12 78 Club Saber Electrónica Nº 97 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 79 LoS M iCroCoNtroLadorES PiC Figura 13 rectificados por los diodos D3 y D4 y estabilizado a 5 volt mediante el diodo zener D5 (5.1V) y el capacitor C1. De la misma manera, se obtiene el voltaje de programación VPP, cargando el capacitor C2 y estabilizando con el diodo zener D6 (8.2V) el cual se suma al voltaje del zener D5 (5,1V), obteniéndose así 13.3 Volt suficientes para realizar la programación del PIC. Se han adicionado el LED L1 para visualizar el proceso de grabación o lectura del PIC, así como el LED L2 para indicar que el circuito se encuentra alimentado, además, si se colocara un PIC en corto, este LED se apagará o bajará significativamente su intensidad. En la figura 12 se muestra el circuito impreso sugerido para nuestro prototipo. ¿Por qué utilizar el programa IC-PROG? Con el mismo criterio que seleccionamos el hardware (programador JDM), seleccionamos el software (IC-PROG), basados en el que fuera más compatible. El IC-PROG ofrece varias ventajas: La primera es que dentro de su menú ofrece opciones importantes como la posibilidad de seleccionar el puerto a utilizar, así como el prototipo de programador a utilizar; la segunda es que el programa ofrece un ambiente de trabajo muy amigable, ya que este programa y gracias a las aportaciones de muchos colaboradores de todo el mundo, está traducido a varios idiomas y tercero es que es compatible con la mayoría de los sistemas operativos de la PC, además que con frecuencia están disponibles de manera gratuita versiones actualizadas (véase www.ic-prog.com). En la figura 13 se muestra el ambiente de trabajo de este programa. Si usted ha trabajado con ambientes de programas diferentes, podrá observar que el ambiente del IC-Prog dispone de herramientas de trabajo muy completas. J Capítulo 3 79 Cap 3 - Microcont.qxd:*Cap 4 - telefonia 05/04/13 14:54 Página 80 3ª de forros.qxd:club 05/03/13 16:31 Página 3ªFo1 4ª de forros.qxd:Club 05/03/13 16:33 Página 4ªFo1
