Livro PIC-Microcontroladores - PtBR, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Elétrica

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microcontroladores PIC Índice

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microcontroladores PIC Introdução

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COMO TUDO COMEÇOU

Em 1969, uma equipa de engenheiros Japoneses da BUSICOM, foi para os EUA com o pedido de desenhar alguns circuitos integrados para calculadoras. O pedido foi enviado para a INTEL, e Marcian Hoff estava en- carregue do projecto. Tendo experiência em trabalhar com um computador, o PDP8, ele teve a ideia de sugerir soluções diferentes, ao invés dos designs sugeridos pelos Japoneses. A ideia dele presumia que o funcionamento do circuito integrado, era determinado pelo programa armazenado dentro do chip. Significava que a configura- ção era mais simples, mas iria requerer muito mais memória que o projecto dos engenheiros Japoneses.

Após um certo tempo, apesar de os Japoneses estarem ainda a tentar encontrar uma solução mais simples, a ideia de Marcian venceu, e o primeiro microprocessador nasceu. Federico Faggin foi uma grande ajuda em tornar a ideia num produto acabado. E, nove meses após ter sido contratado, a INTEL tinha acabado de de- senvolver um produto desde a ideia original.

Em 1971, a INTEL obteve os direitos de venda deste circuito integrado, e antes disso já tinha comprado a licença da BUSICOM. Durante esse ano, um microprocessador chamado 4004 foi lançado no mercado. Esse foi o primeiro processador de 4 bits, com a velocidade de 6000 instruções por segundo.

Não muito tempo depois, uma empresa Americana chamada CTC pediu à INTEL e TEXAS Instruments, para fabricarem um microprocessador de 8 bits, para ser aplicado nos seus terminais. Embora a CTC tenha desistido do projecto, a INTEL e a TEXAS continuaram o trabalho e, em Abril de 1972, o primeiro micro- processador de 8 bits, chamado de 8008, foi lançado no mercado. Podia endereçar 16Kb de memória, tinha 45 instruções e uma velocidade de 300.000 instruções por segundo. Esse microprocessador foi o predecessor de todos os actuais microprocessadores. A INTEL continuou o desenvolvimento e, em Abril de 1974, lançou um processador de 8 bits, chamado de

8080. Podia endereçar 64Kb de memória, tinha 75 instruções, e um preço inicial de $360.

Outra empresa Americana chamada MOTOROLA, depressa se apercebeu do potencial, e então lançaram o

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microprocessador de 8 bit, 6800. O engenheiro chefe era Chuck Peddle. Aparte do microprocessador, a MO- TOROLA também fabricava periféricos como o 6820 e 6850. Nessa altura muitas empresas reconheciam a importância dos microprocessadores, e iniciaram o seu próprio desenvolvimento. Chuck Peddle deixou a MOTOROLA, juntou-se à MOS Technology, e continuou o traba- lho intensivo no desenvolvimento em microprocessadores.

Na exposição WESCON, nos EUA em 1975, um evento crucial na história dos microprocessadores aconte- ceu. A MOS Technology anunciou que estava a vender os processadores 6501 e 6502 a $25 cada, que os inte- ressados podiam comprar na hora. Foi tamanha a sensação, que muita gente pensava em fraude, considerando que a concorrência vendia o 8080 e 6800, a $179 cada.

No primeiro dia da exposição, em resposta à concorrência, a MOTOROLA e a INTEL baixaram os seus microprocessadores para $69,95. A MOTOROLA acusou a MOS Technology e Chuck Peddle de plagiarem o protegido 6800. Devido a isto, a MOS Technology desistiu do fabrico do 6501, mas continuou o fabrico do 6502. Era um pro- cessador de 8 bits, com 56 instruções, e capaz de endereçar directamente 64Kb de memória.

Devido ao seu baixo preço, o 6502 tornou-se muito popular, e então foi instalado em computadores como o KIM-1, Apple I, Apple II, Atari, Commodore, Acorn, Oric, Galeb, Orao, Ultra e muitos outros. Em breve, muitas empresas começaram a fabricar o 6502 (Rockwell, Sznertek, GTE, NCR, Ricoh, Commo- dore assumiram a MOS Technology). No ano da sua prosperidade, 1982, este processador estava a ser vendido à taxa de 15 milhões de unidades por ano.

Outras empresas não desistiram. Frederico Faggin deixou a INTEL, e abriu a sua própria empresa chamada ZILOG INC. Em 1976 a ZILOG anunciou o Z80. Quando desenhou este processador, Faggin tomou uma decisão crucial. O 8080 já tinha sido desenvolvido, e ele apercebeu-se que muitos iriam continuar fieis a esse processador, devido aos grandes gastos em reescrever todos os programas. Então, ele decidiu que este novo processador teria de ser compativel com o 8080, ou seja, teria de poder correr todos os programas escritos para o 8080. Aparte desta decisão, muitas outras funcionalidades foram acrescentadas, para que o Z80 fosse o micropro-

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Microcontrolador versus Microprocessador

Um microcontrolador difere de um microprocessador em diversas formas.

A primeira, e mais importante, é a sua funcionalidade. Para que um microprocessador possa ser usado, outros componentes tais como memória, têem que ser ligados ao chip. Mesmo sendo os microprocessador considera- dos potentes máquinas matemáticas, o seu ponto fraco é a sua parca possibilidade de comunicar com periféri- cos.

Então, de maneira a que possa comunicar com periféricos, o microprocessador tem que usar circuitos especiais, como chips externos. Resumindo, os microprocessadores são o coração dos computadores. Era assim no início, e ainda nos dias de hoje se mantêm.

Microcontrolador versus Microprocessador

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Por outro lado, o microcontrolador está desenhado para ser um “tudo-em-um”. Não são necessários componen- tes externos, para as suas aplicações, porque todos os circuitos, que pertencem aos periféricos, já estão dentro do chip. Poupa tempo e espaço necessários, aquando do design de um sistema.

Conceitos Básicos

Um mundo de números

O universo por ser descrito com apenas 10 digitos. Mas, precisamos apenas de 10 digitos? Claro que não, é apenas uma questão de hábito.

Por exemplo, o número 764 o que significa?: quatro unidades, seis dezenas e sete centenas, ou 4 + 60 + 700, ou 41 + 610 + 7100! Podemos representar o número de uma maneira mais científica? a resposta é positiva: 410^0 + 610^1 + 710^2. Mas porquê? Simplesmente porque usamos um sistema de numeração de base 10, ou seja, um sistema de numeração décimal.

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É o mesmo número, representado de duas formas distintas. A única diferença reside no número de dígitos necessários para escrever um número. Um dígito (2) é usado para escrever o número 2 em décimal, onde dois dígitos (1 e 0), são usados para escrever esse número em sistema binário.

É chamado de nível lógico zero (0) e nível lógico um (1), com os quais a electrónica perfeita e simplesmente trabalha as operações complexas matemáticas. É a electrónica que aplica a matemática, onde todos os números são representados por apenas dois dígitos, e onde só importa saber se há tensão eléctrica, ou não. Estamos a falar de electrónica digital.

Sistemas de numeração Hexadecimal

No início do desenvolvimento dos computadores, percebeu-se que as pessoas tinham muitas dificuldades em trabalhar com numeração binária. Devido a isto, um novo sistema de numeração foi desenvolvido, e usando 16 digitos distintos. Os primeiros dez dígitos são os tradicionais (0, 1, 2,... 9), mas existem mais seis. Por forma a não inventar novos símbolos, convencionou-se usar as seis primeiras letras do alfabeto: A, B, C, D, E e F. Um sistema hexadecimal de numeração, consistindo nos dígitos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E e F foi estabelecido.

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O maior número que pode ser representado por 4 dígitos binários é 1111. E corresponde ao número 15 no sistema decimal. Esse número no sistema hexadecimal, é representado pelo dígito F. É o maior número de um dígito no sistema hexadecimal. O número da figura escrito com oito dígitos, é ao mesmo tempo o número he- xadecimal de dois dígitos. Não esquecer que os computadores usam números binários de 8 dígitos.

O código BCD

O código BCD é um código binário apenas para números decimais. É usado para fazer comunicar os circuitos electrónicos com os periféricos, e num sistema binário dentro do seu próprio mundo. Consiste em números binários de quatro dígitos, que representam os primeiros dez dígitos décimais (0, 1, 2,... 9). Embora quatro digitos nos dêem 16 combinações possiveis, apenas as primeiras 10 são usadas.

Conversão de Binário para Decimal

Os digitos de um número binário têem diferentes valores, dependendo da posição onde se encontram. Adi- cionalmente, cada posição pode ter 1 ou 0, e o seu valor facilmente determinado através da sua posição desde a direita. Para executar a conversão, é necessário multiplicar valores pelos dígitos correspondentes, e somar os resultados.

110 = (1 * 2^2) + (1 * 2^1) + (0 * 2^0) = 6

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Bit

Um bit é um dígito binário. De igual forma que o sistema de numeração decimal, no qual os dígitos de um nú- mero não têem o mesmo valor, o significado do bit depende da sua posição no número binário. Então, não faz sentido falar de unidades, dezenas, etc. Deve-se, sim, falar do bit zero, bit um, bit dois, etc. Sempre a contar do lado direito. E, como o sistema binário usa apenas dois dígitos, 0 e 1, o valor de um bit só pode ser 0 ou 1. Não nos devemos confundir, se o bit tiver valor de 4, 16 ou 32. Isso significa que os valores dos bits estão repre- sentado em sistema decimal. Será correcto dizer que: o valor do quinto bit de um número binário, é equivalente ao decimal 32.

Byte

Um byte consiste em oito bits agrupados. À semelhança dos digitos de outro qualquer sistema de numeração,

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os dígitos dos bytes não têem o mesmo significado. O maior valor tem o bit mais à esquerda chamado de Bit Mais Significativo (MSB - Most Significant Bit). O bit mais à direita tem o menor valor, e é chamado de Bit Menos Significativo (LSB - Least Significant Bit). Como um byte pode ter 256 combinações possiveis de bits, o maior número decimal possível de representar é o 255, pois há uma combinação que representa zero. Um nibble é representado como meio byte. Dependendo de que metade do byte estamos a falar, há nibbles “altos” ou “baixos”.

Circuitos Lógicos

A electrónica de que são feitos os circuitos integrados, microcontroladores ou microprocessadores, é composta de elementos chamados de “circuitos lógicos” ou “portas lógicas”. Os princípios operacionais desdes elementos foram estabelecidos pelo matemático Inglês, George Boole, e a ideia central era expressar formas lógicas, como funções de álgebra. Mais tarde o princípio evoluiu para o que hoje conhecemos como circuitos lógicos AND, OR e NOT, também conhecido como Álgebra de Boole. Como algumas instruções de programa do microcontrolador funcionam da mesma maneira que as portas lógi- cas, o seu princípio de funcionamento é descrito a seguir.

Porta lógica AND

A porta lógica AND tem duas ou mais entradas, e uma saída. A saída terá um 1 lógico, se as as suas entradas A e B estiverem a nivel lógico 1.