Microcontroladores Pic con Programación Pbp

Descripción

El libro tiene como objetivo brindar a sus lectores un punto de partida en la realización de proyectos con microcontroladores PIC, usando el lenguaje de programación, el PIC Basic Pro. Para lograr este objetivo, el libro presenta circuitos basados en los microcontroladores PIC16F84A, el PIC16F877A y los PIC con interfaz USB PIC18F2550 y PIC18F4550 con su respectiva programación.

El libro está dividido en 18 capítulos, donde se abordan diferentes temas como la descripción de los microcontroladores PIC, periféricos diversos de entrada y salida como visualizadores de 7 segmentos, pantallas de cristal líquido, conversores A/D y D/A, memorias seriales, teclados, transmisores y receptores de RF, GPS, motores de corriente contínua, motores paso a paso bipolares y unipolares, servomotores, etapas de potencia, acondicionamiento de señal, además de interfaces de comunicación seriales con el computador como la popular RS232 y la USB usando el software Visual Basic de Microsoft.

Ventajas Competitivas

El libro contiene material adicional que podrá descargarse de la Web. Este material incluye todos los códigos de programa, tanto Pic Basic Pro como en Visual Basic, archivos de simulación en Proteus y las hojas técnicas de cada uno de los dispositivos usados en este libro.

Conozca

• Las nociones básicas correspondientes a microcontroladores.
• La información técnica de los microcontroladores PIC de MICROCHIP.
• Los comandos Pic Basic Pro mayormente utilizados.
• El empleo del editor, compilador y grabador.
• Los dispositivos de visualización.
• Los diferentes circuitos de entrada y salida digital, sus características de protección o acondicionamiento de señal y potencia.
• El conversor A/D (conversor de analógico a digital) y el conversor D/A (conversor de digital a analógico).
• El uso del protocolo I2C para manipular memorias seriales.
• El manejo de motores de corriente continua, unipolares y bipolares.
• Cómo manejar servomotores clásicos usando microcontrolador.
• La utilización de teclados matriciales y pulsadores configurados como teclados.

Desarrollo

• Múltiples aplicaciones con este dispositivo.
• Circuitos transmisores y receptores de radiofrecuencia o RF enlazados con microcontroladores PIC.
• Aplicaciones básicas con el microcontrolador y el puerto USB.
• Utilizando algunas herramientas nuevas como el MicroCode.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………………………………..17
CAPÍTULO 1. MICROCONTROLADORES ………………………………………………………..19
1.1 MICROCONTROLADOR ……………………………………………………………………………..19
1.1.1 Controlador y microcontrolador………………………………………………………………..19
1.1.2 Diferencia entre microprocesador y microcontrolador …………………………………21
1.1.3 Aplicaciones de los microcontroladores …………………………………………………….22
1.1.4 El mercado de los microcontroladores……………………………………………………….22
1.1.5 ¿Qué microcontrolador emplear?………………………………………………………………24
1.2 RECURSOS COMUNES A TODOS LOS MICROCONTROLADORES …………….26
1.2.1 Arquitectura básica………………………………………………………………………………….26
1.2.2 El procesador o UCP……………………………………………………………………………….27
1.2.3 Memoria ………………………………………………………………………………………………..28
1.2.4 Puertas de entrada y salida ……………………………………………………………………….30
1.2.5 Reloj principal………………………………………………………………………………………..30
1.3 RECURSOS ESPECIALES…………………………………………………………………………….31
1.3.1 Temporizadores o Timers…………………………………………………………………………32
1.3.2 Perro guardián o Watchdog………………………………………………………………………32
1.3.3 Protección ante fallo de alimentación o Brownout ………………………………………32
1.3.4 Estado de reposo o de bajo consumo …………………………………………………………32
1.3.5 Conversor de analógico a digital (A/D) ……………………………………………………..33
1.3.6 Conversor de digital a analógico (D/A) ……………………………………………………..33
1.3.7 Comparador analógico …………………………………………………………………………….33
1.3.8 Modulador de anchura de impulsos o PWM……………………………………………….33
1.3.9 Puertas de Entrada/Salida (E/S) digitales……………………………………………………33
1.3.10 Puertas de comunicación………………………………………………………………………..34
1.4 HERRAMIENTAS PARA EL DESARROLLO DE APLICACIONES…………………34
1.4.1 Desarrollo del software ……………………………………………………………………………35
1.4.2 Depuración …………………………………………………………………………………………….35
1.4.3 Grabación ………………………………………………………………………………………………36
CAPÍTULO 2. MICROCONTROLADORES PIC …………………………………………………39
2.1 MICROCONTROLADORES PIC …………………………………………………………………..39
2.2 CARACTERÍSTICAS COMUNES………………………………………………………………….40
2.2.1 Arquitectura……………………………………………………………………………………………40
2.2.2 Segmentación …………………………………………………………………………………………40
2.2.3 Formato de las instrucciones…………………………………………………………………….41
2.2.4 Juego de instrucciones……………………………………………………………………………..41
2.2.5 Todas las instrucciones son ortogonales …………………………………………………….41
2.2.6 Arquitectura basada en un “banco de registros” ………………………………………….41
2.2.7 Diversidad de modelos de microcontroladores con prestaciones y recursos
diferentes ……………………………………………………………………………………………….41
2.2.8 Herramientas de soporte potentes y económicas …………………………………………41
2.3 LAS GAMAS DE PIC…………………………………………………………………………………….42
2.3.1 La gama enana: PIC12C(F)XXX de 8 patitas……………………………………………..42
2.3.2 Gama baja o básica: PIC16C5X con instrucciones de 12 bits ……………………….43
2.3.3 Gama media: PIC16CXXX con instrucciones de 14 bits ……………………………..45
2.3.4 Gama alta: PIC17CXXX con instrucciones de 16 bits …………………………………47
2.3.5 Gama alta: PIC18CXXXX con instrucciones de 16 bits ………………………………48
2.4 MICROCONTROLADOR PIC16F84………………………………………………………………48
2.4.1 Arquitectura interna…………………………………………………………………………………48
2.4.2 Pines y funciones…………………………………………………………………………………….50
2.4.2.1 Puerto A……………………………………………………………………………………………………… 50
2.4.2.2 Puerto B ……………………………………………………………………………………………………… 51
2.4.2.3 Pines adicionales………………………………………………………………………………………….. 51
2.5 MICROCONTROLADOR PIC16F877A………………………………………………………….52
2.5.1 Arquitectura interna…………………………………………………………………………………52
2.5.2 Pines y funciones…………………………………………………………………………………….53
2.5.2.1 Puerto A……………………………………………………………………………………………………… 54
2.5.2.2 Puerto B ……………………………………………………………………………………………………… 55
2.5.2.3 Puerto C ……………………………………………………………………………………………………… 55
2.5.2.4 Puerto D……………………………………………………………………………………………………… 56
2.5.2.5 Puerto E ……………………………………………………………………………………………………… 56
2.5.2.6 Pines adicionales………………………………………………………………………………………….. 57
2.6 MICROCONTROLADOR PIC18F2550…………………………………………………………..57
2.6.1 Arquitectura interna…………………………………………………………………………………57
2.6.2 Pines y funciones…………………………………………………………………………………….58
2.6.2.1 Puerto A……………………………………………………………………………………………………… 59
2.6.2.2 Puerto B ……………………………………………………………………………………………………… 60
2.6.2.3 Puerto C ……………………………………………………………………………………………………… 60
2.6.2.4 Puerto E ……………………………………………………………………………………………………… 61
2.6.2.5 Pines adicionales………………………………………………………………………………………….. 61
2.7 MICROCONTROLADOR PIC18F4550…………………………………………………………..61
2.7.1 Arquitectura Interna ………………………………………………………………………………..61
2.7.2 Pines y funciones…………………………………………………………………………………….62
2.7.2.1 Puerto A……………………………………………………………………………………………………… 63
2.7.2.2 Puerto B ……………………………………………………………………………………………………… 64
2.7.2.3 Puerto C ……………………………………………………………………………………………………… 65
2.7.2.4 Puerto D……………………………………………………………………………………………………… 65
2.7.2.5 Puerto E ……………………………………………………………………………………………………… 66
2.7.2.6 Pines adicionales………………………………………………………………………………………….. 66
CAPÍTULO 3. COMANDOS PIC BASIC PRO ……………………………………………………..67
3.1 @…………………………………………………………………………………………………………………67
3.2 ADCIN…………………………………………………………………………………………………………68
3.3 BRANCH……………………………………………………………………………………………………..68
3.4 BUTTON ……………………………………………………………………………………………………..69
3.5 CALL …………………………………………………………………………………………………………..71
3.6 CLEAR ………………………………………………………………………………………………………..71
3.7 CLEARWDT ………………………………………………………………………………………………..72
3.8 COUNT………………………………………………………………………………………………………..72
3.9 DATA ………………………………………………………………………………………………………….72
3.10 DTMFOUT …………………………………………………………………………………………………73
3.11 EEPROM ……………………………………………………………………………………………………75
3.12 END …………………………………………………………………………………………………………..75
3.13 FOR… NEXT ……………………………………………………………………………………………..75
3.14 FREQOUT ………………………………………………………………………………………………….76
3.15 GOSUB………………………………………………………………………………………………………77
3.16 GOTO ………………………………………………………………………………………………………..77
3.17 HIGH………………………………………………………………………………………………………….78
3.18 I2CREAD……………………………………………………………………………………………………78
3.19 I2CWRITE………………………………………………………………………………………………….79
3.20 IF… THEN …………………………………………………………………………………………………80
3.21 INPUT………………………………………………………………………………………………………..81
3.22 LCDIN ……………………………………………………………………………………………………….81
3.23 LCDOUT ……………………………………………………………………………………………………82
3.24 LOW ………………………………………………………………………………………………………….83
3.25 NAP……………………………………………………………………………………………………………83
3.26 ON INTERRUPT…………………………………………………………………………………………84
3.27 OUTPUT…………………………………………………………………………………………………….85
3.28 PAUSE……………………………………………………………………………………………………….85
3.29 PAUSEUS…………………………………………………………………………………………………..86
3.30 POT ……………………………………………………………………………………………………………86
3.31 PULSIN………………………………………………………………………………………………………87
3.32 PULSOUT…………………………………………………………………………………………………..87
3.33 PWM ………………………………………………………………………………………………………….88
3.34 RANDOM…………………………………………………………………………………………………..89
3.35 READ…………………………………………………………………………………………………………89
3.36 RETURN…………………………………………………………………………………………………….89
3.37 REVERSE…………………………………………………………………………………………………..90
3.38 SELECT CASE……………………………………………………………………………………………90
3.39 SERIN2………………………………………………………………………………………………………91
3.40 SEROUT2…………………………………………………………………………………………………..93
3.41 SHIFTIN …………………………………………………………………………………………………….94
3.42 SHIFTOUT …………………………………………………………………………………………………96
3.43 SLEEP………………………………………………………………………………………………………..97
3.44 SWAP ………………………………………………………………………………………………………..98
3.45 TOOGLE…………………………………………………………………………………………………….98
3.46 TRIS…………………………………………………………………………………………………………..98
3.47 WHILE…WEND…………………………………………………………………………………………99
3.48 WRITE……………………………………………………………………………………………………..100
CAPÍTULO 4. INSTALACIÓN DE SOFTWARE………………………………………………..101
4.1 DESCRIPCIÓN DE LAS HERRAMIENTAS DE DESARROLLO ……………………101
4.1.1 El Editor CodeDesigner Lite…………………………………………………………………..101
4.1.2 El Compilador PicBasic Pro……………………………………………………………………101
4.1.3 El Programador EPIC…………………………………………………………………………….102
4.2 INSTALACIÓN Y CONFIGURACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS DE DESARROLLO .103
4.2.1 Paso 1: instalación de las herramientas de desarrollo …………………………………103
4.2.2 Paso 2: configuración de las herramientas de desarrollo …………………………….122
4.3 EMPLEO DE LAS HERRAMIENTAS PARA EL DESARROLLO DE UNA
APLICACIÓN …………………………………………………………………………………………….124
4.3.1 Paso 1: idea clara de lo que se va a desarrollar ………………………………………….124
4.3.2 Paso 2: edición del programa ………………………………………………………………….125
4.3.3 Paso 3: compilación del programa …………………………………………………………..126
4.3.4 Paso 4: grabación del microcontrolador……………………………………………………127
4.3.5 Paso 5: prueba de la aplicación ……………………………………………………………….128
CAPÍTULO 5. CONEXIÓN DEL PUERTO SERIE CON VISUAL BASIC ………….129
5.1 EL PUERTO SERIE RS-232C……………………………………………………………………….129
5.2 MICROSOFT VISUAL BASIC 6.0………………………………………………………………..131
5.3 PRUEBAS CON CABLE PARA PUERTO SERIE ………………………………………….132
5.3.1 Construcción del cable para puerto serie ………………………………………………….132
5.3.2 Primera prueba ……………………………………………………………………………………..133
5.3.3 Segunda prueba …………………………………………………………………………………….137
5.3.4 Tercera Prueba………………………………………………………………………………………140
5.4 PRUEBAS DE CONEXIÓN ENTRE COMPUTADOR Y
MICROCONTROLADOR ……………………………………………………………………………143
5.4.1 Transmisión de datos al computador desde el microcontrolador (PIC-PC)……145
5.4.1.1 Primera prueba…………………………………………………………………………………………… 145
5.4.1.1.1 Utilizando el Hyper Terminal…………………………………………………………….146
5.4.1.1.2 Utilizando Visual Basic…………………………………………………………………….151
5.4.1.2 Segunda prueba………………………………………………………………………………………….. 152
5.4.1.2.1 Prueba con HyperTerminal………………………………………………………………..152
5.4.1.2.2 Prueba con Visual Basic……………………………………………………………………156
5.4.1.3 Tercera prueba …………………………………………………………………………………………… 158
5.4.1.3.1 Prueba con HyperTerminal………………………………………………………………..159
5.4.1.3.2 Prueba con Visual Basic……………………………………………………………………160
5.4.2 Transmisión de datos al microcontrolador desde el computador (PC-PIC)……161
5.4.2.1 Prueba con Visual Basic ……………………………………………………………………………… 163
CAPÍTULO 6. VISUALIZACIÓN DE DATOS ……………………………………………………167
6.1 VISUALIZADOR DE 7 SEGMENTOS………………………………………………………….167
6.1.1 Funcionamiento del visualizador de 7 segmentos………………………………………167
6.1.2 Interfaz con el microcontrolador……………………………………………………………..169
6.2 DECODIFICADOR 7447 ……………………………………………………………………………..171
6.2.1 Funcionamiento del decodificador 7447…………………………………………………..172
6.2.2 Interfaz con el microcontrolador……………………………………………………………..173
6.3 PANTALLA DE CRISTAL LÍQUIDO (LCD)…………………………………………………176
6.3.1 Funcionamiento de la pantalla de cristal líquido………………………………………..177
6.3.2 Interfaz con el microcontrolador……………………………………………………………..178
CAPÍTULO 7. ENTRADAS Y SALIDAS DIGITALES ………………………………………..183
7.1 ENTRADAS DIGITALES ……………………………………………………………………………183
7.1.1 Acondicionamiento de señal: interfaz electrónica ……………………………………..187
7.1.2 Interruptor electrónico……………………………………………………………………………189
7.1.3 Entradas digitales de 8 bits……………………………………………………………………..193
7.1.4 Usando el 74151……………………………………………………………………………………195
7.2 SALIDAS DIGITALES………………………………………………………………………………..198
7.2.1 Acondicionamiento de señal: interfaz electrónica ……………………………………..198
7.2.2 Salidas digitales de 8 bits ……………………………………………………………………….202
7.2.3 Usando el 74164……………………………………………………………………………………205
CAPÍTULO 8. CONVERSOR A/D ………………………………………………………………………211
8.1 CONVERSOR ADC0804……………………………………………………………………………..211
8.1.1 Funcionamiento del ADC0804 ……………………………………………………………….212
8.1.2 Interfaz con el microcontrolador……………………………………………………………..213
8.1.3 Traducir a voltios ………………………………………………………………………………….215
8.2 CONVERSOR ADC08031……………………………………………………………………………218
8.2.1 Funcionamiento del ADC08031 ……………………………………………………………..219
8.2.2 ¿Cómo programar de acuerdo con el diagrama de tiempo?…………………………219
8.2.3 Interfaz con el microcontrolador……………………………………………………………..220
8.2.4 Traducir a voltios ………………………………………………………………………………….222
8.3 CONVERSOR ADC08032……………………………………………………………………………223
8.3.1 Funcionamiento del ADC08032 ……………………………………………………………..223
8.3.2 ¿Cómo programar de acuerdo con el diagrama de tiempo?…………………………225
8.3.3 Interfaz con el microcontrolador……………………………………………………………..225
8.3.4 Traducir a voltios ………………………………………………………………………………….230
8.4 MULTIPLEXOR ANALÓGICO 4051……………………………………………………………232
8.4.1 Lectura de 4 canales analógicos………………………………………………………………233
8.4.2 Lectura de 8 canales analógicos………………………………………………………………236
8.5 CONVERSOR A/D INTERNO ……………………………………………………………………237
8.5.1 Funcionamiento del conversor interno del PIC16F877A ……………………………238
8.5.2 Programación del A/D interno para la lectura de un canal ………………………….239
8.5.3 Programación del A/D interno para la lectura de tres canales ……………………..241
8.5.4 Programación del A/D interno para la lectura de ocho canales ……………………246
CAPÍTULO 9. CONVERSOR D/A …………………………………………………………………..249
9.1 COMBINACIÓN R-2R ………………………………………………………………………………..249
9.2 CONVERSOR DAC0808……………………………………………………………………………..251
9.2.1 Funcionamiento del DAC0808 ……………………………………………………………….251
9.2.2 Interfaz con el microcontrolador……………………………………………………………..252
9.2.3 Traducir a voltios ………………………………………………………………………………….253
9.3 CONVERSOR DAC0800……………………………………………………………………………..256
9.3.1 Funcionamiento del DAC0800 ……………………………………………………………….257
9.3.2 Interfaz con el microcontrolador……………………………………………………………..257
9.3.3 Traducir a voltios ………………………………………………………………………………….258
9.4 POTENCIÓMETRO DIGITAL DS1267…………………………………………………………261
9.4.1 Funcionamiento del DS1267…………………………………………………………………..261
9.4.2 Interfaz con el microcontrolador……………………………………………………………..262
9.4.3 Traducir a voltios ………………………………………………………………………………….264
9.5 MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO: PWM …………………………………………268
CAPÍTULO 10. MEMORIAS SERIALES Y PROTOCOLO I2C …………………………275
10.1 MEMORIAS SERIALES ……………………………………………………………………………275
10.1.1 Características de las memorias seriales …………………………………………………275
10.1.2 Aplicaciones……………………………………………………………………………………….276
10.2 MEMORIA SERIAL 24LC256 ……………………………………………………………………277
10.2.1 Características del bus………………………………………………………………………….278
10.2.2 Direccionamiento y operación de la memoria …………………………………………279
10.2.3 Operación de escritura………………………………………………………………………….279
10.2.4 Operación de lectura…………………………………………………………………………….280
10.2.5 Descripción de pines ……………………………………………………………………………281
10.3 INTERFAZ CON EL MICROCONTROLADOR…………………………………………..282
10.3.1 Lectura de la memoria 24LC256……………………………………………………………282
10.3.2 Escritura de la memoria 24LC256 …………………………………………………………284
10.4 APLICACIÓN CON EL MICROCONTROLADOR ………………………………………284
CAPÍTULO 11. COMUNICACIÓN INALÁMBRICA………………………………………….287
11.1 SISTEMA ELECTRÓNICO DE COMUNICACIÓN ……………………………………..287
11.2 TRANSMISIÓN DE DATOS………………………………………………………………………288
11.3 TRANSMISOR DE RF TWS-434 ………………………………………………………………..289
11.3.1 Diagrama de pines del transmisor TWS-434 …………………………………………..290
11.4 RECEPTOR DE RF RWS-434 …………………………………………………………………….290
11.4.1 Diagrama de pines del receptor RWS-434………………………………………………291
11.5 ANTENAS PARA EL TRANSMISOR Y EL RECEPTOR ……………………………..291
11.6 CODIFICADOR Y DECODIFICADOR DE 4 BITS ………………………………………292
11.6.1 Codificador HT-12E y decodificador HT-12D………………………………………..292
11.6.2 Diagrama de pines del codificador HT-12E…………………………………………….292
11.6.3 Diagrama de pines del codificador HT-12D ……………………………………………293
11.7 CODIFICADOR Y DECODIFICADOR DE 8 BITS ………………………………………293
11.7.1 Codificador HT-640 y decodificador HT-648L……………………………………….293
11.7.2 Diagrama