Presentation PIC Et Maquette Pour TP - 2008

Microcontrôleur PIC – Présentation et Méthode de programmation TEln

Présentation des microcontrôleurs PIC16F87X

Vous devez avoir avec vous la photocopie de présentation des µC PIC.

La dénomination PIC est sous copyright de MicroChip, les autres fabricants sont dans l'impossibilité d'utiliser ce terme. Les deux premiers chiffres indiquent la catégorie du PIC : ici 16 indique un PIC de la famille Mid-Range (milieu de gamme) qui utilise des mots de 14 bits. Ensuite vous pouvez trouvez la lettre « L » qui indique que le PIC peut fonctionner avec une plage de tension beaucoup plus tolérante.Ensuite vous trouverez les lettres suivantes :• « C » : la mémoire programme est une EPROM ou plus rarement une EEPROM,• « CR » : la mémoire programme est de type ROM,• « F » : la mémoire programme est de type FLASH.

Brochage du PIC16F876Le micro contrôleur PIC16F876 appartient à la famille 16F87X de MICROCHIP. Les caractéristiques du PIC16F876 sont dans la troisième colonne.

Il existe deux types d'architectures pour les microcontrôleurs :1. Architecture de type Von NeuMann (68HC11)

La ROM contient les codes des instructions et les constantes. Par exemple, l'instruction LDAA #10 (charger la constante 10 dans l'accumulateur A) occupe deux adresses en ROM pour y loger le code hexadécimal de l'instruction ou opérande (ici $96) et la constante (ici 10).Le décodage d'une telle instruction nécessite plusieurs cycles d'horloge :- adresse AD sur le bus d'adresse, code $96 sur le bus de données,- adresse AD+A sur le bus d'adresse, valeur 10 sur le bus de données.

2. Architecture de type Harvard (PIC16F876)L'opérande est intégré à l'instruction. Un seul cycle d'horloge par instruction sauf pour les sauts et les branchements qui nécessitent deux cycles. Par exemple, l'instructionMOVLW 10 (charger le registre de travail W avec la constante 10) se décompose en code de l'opérande sur 6 bits et la constante 10 codée sur 8 bits. Le tout forme donc en mémoire programme un mot de 14 bits :instruction movlw -> 110000 00001010 <- constante 10Le jeu d'instructions est réduit (Reduced Instructions Set Computer : RISC) mais la vitesse de fonctionnement est élevée.

Le PIC16F876 est un microcontrôleur RISC d'architecture de type Harvard. Les mémoires programme et données et les bus correspondants sont séparés. Ceci permet au même instant d'exécuter l'instruction à l'adresse courante et de décoder l'instruction suivante (structure de type « pipeline »).

En interne l'horloge est quadriphasée, ce qui signifie que le temps d'exécution d'une instruction est égale à Fosc/4. Si vous utilisez un quartz à 4Mhz, la période sera donc de 250ns et le temps d'exécution pour une instruction sera de 4x250ns = 1us.

Schéma bloc du PIC16F876 et description de chaque brocheOrganisation de la mémoireIl existe trois blocs de mémoire dans un PIC : la mémoire programme, la mémoire de données et la mémoire EEPROM. Deux adresses sont réservées aux vecteur RESET (adresse $0000) et INTERRUPTION (adresse $0004).

Olivier DARTOIS


Le reset peut être provoqué par :• la mise sous tension (POR : Power On Reset),• un niveau bas sur la broche MCLR (Master CleaR),• le chien de garde en cas de plantage du programme (WDT : Watch Dog Timer),• en cas de baisse de la tension d'alimentation (BOR : Brown-Out Reset).

Il existe 14 sources d'interruptions possibles (non détaillé ici, reportez-vous à la doc officielle).

Le registre d'options (Option_Reg register)Ce registre sert à positionner un certain nombre d'élément à l'initialisation du PIC. C'est très important car si le PIC est mal initialisé, il ne fonctionnera pas comme vous le souhaitez.Bit 7 : active ou désactive les résistances internes de tirage vers le haut (pull-up).

Les ports d'entrées/sorties et les registres de direction (PORTx et TRISx)Le PIC16F876 est équipé de 22 lignes d'entrées/sorties reparties en trois ports parallèles bidirectionnels :

• 6 lignes sur le port A : RA0 à RA5,• 8 lignes sur le port B : RB0 à RB7,• 8 lignes sur le port C : RC0 à RC7.

La plupart de ces lignes ont une double fonction suivant leur programmation.Le sens de direction des données (entrée ou sortie) est mémorisé dans des registres TRIS (TRansfert Input Set). TRISA est dédié au port A, TRISB au port B et TRISC au port C. Chaque ligne peut être configurés individuellement en entrée ou en sortie.La mise à « 1 » d'un bit du registre TRIS configure la ligne correspondante en entrée, un « 0 » configure la ligne en sortie.Au RESET, toutes les lignes sont configurées en entrées.

Le PORTA et le registre de direction TRISALe port A est un port bidirectionnel à 6 fils. Il cumule les fonctions d'E/S numériques, d'entrées analogiques et entrée du Timer0. Au reset, ces lignes sont en mode analogique.

Le PORTB et le registre de direction TRISBLe port B est un port bidirectionnel à 8 fils. Les lignes RB3,RB6 et RB7 peuvent être utilisées en E/S ou pour la programmation in-situ. Toutes les lignes du port B peuvent être reliées à une résistance de tirage vers le haut (voir registre Option_Reg). Les lignes RB4 à RB7 peuvent déclencher une interruption.

Le PORTC et le registre de direction TRISCLe port C est un port bidirectionnel à 8 fils. Toutes les entrées du port C sont des entrées trigger de schmitt. Ce port peut aussi servir pour le Timer1, la réalisation de signaux PWM (Pulse Width Modulation : modulation à largeur d'impulsions), la communication avec des périphériques I2C et enfin à dialoguer par voie série.

Olivier DARTOIS


TP sur les microcontrôleur PIC16F87X

Pour réaliser ce TP, vous avez besoin :

- du matériel suivant (disponible dans la boite du TP) :

● une carte de développement pour PIC16F876 avec un bloc alimentation ou une pile 9V● une carte interrupteurs et DELs avec une nappe HE10-26● un module ICD-U40 avec un câble USB et un câble RJ12● un module de conversion USB-Série avec un câble USB et une nappe HE10-10● une carte écran LCD graphique monochrome (écran LCD de Nokia 3310) avec boutons, DELs et

encodeur rotatif

- des logiciels suivants :

● PIC C Compiler : édition et compilation de programme en langage C pour les µC PIC,● TinyBootLoader : permet de dialoguer par voie série entre le PC et le PIC. Vos pouvez aussi

utiliser le logiciel HyperTerminal livré en standard avec Windows.

La plupart des logiciels nécessaires à la programmation des PIC sont disponibles sur internet.

Une version de démonstration du compilateur C est disponible à :http://www.ccsinfo.com/picc.shtml

Le programme TinyBootLoader est disponible ici :http://www.etc.ugal.ro/cchiculita/software/picbootloader.htm

Méthode générale pour la programmation d'un PIC

1. Reliez le module ICD-U40 et le PC par l'intermédiaire du câble USB. Connectez le module ICD-U40 à la carte de test par l'intermédiaire du câble RJ12. Connectez si nécessaire la carte inters + dels avec une nappe et les connecteurs HE10-26, enfin alimentez la maquette en 9V (attention à la polarité) et allumez votre PC.Si vous devez dialoguer avec un PC par voie série, connectez le module de conversion USB-Série à la maquette (câble HE10-10) et le PC (câble USB).

2. Saisissez votre code source en langage C dans le logiciel « PIC C Compiler » et sauvegardez-le (Ex: test.c).

3. Compilez votre code source en langage C. Corrigez vos éventuelles erreurs. Si la compilation de votre code source se passe sans problème, vous obtenez un fichier au format HEX (Ex: test.hex).

4. Programmez votre PIC depuis l'environnement de développement.5. Débranchez le câble RJ12. Faire un « reset » du PIC en coupant l'alimentation et en la remettant. Votre

programme s'exécute de manière totalement autonome sinon vérifiez votre code source.

Olivier DARTOIS

http://www.ccsinfo.com/picc.shtml

http://www.etc.ugal.ro/cchiculita/software/picbootloader.htm


Utilisation de l'environnement de développement intégré (EDI) du compilateur C pour PIC de CCS

Nous allons présenter dans les pages suivantes l'utilisation de l'environnement intégré de développement en langage C pour PIC de l'éditeur CCS. La référence complète du langage C pour PIC est disponible sur le réseau dans le répertoire « Documents Eleves » puis « TEln » puis « PIC ». Une aide en ligne est aussi intégré au logiciel (en anglais bien sur :-).Pour lancer l'EDI, cliquez sur l'icône « PIC C Compiler » dans le dossier « Réseau Electronique » qui se trouve sur le bureau de Windows. Au lancement, vous obtenez la fenêtre suivante :

Vous remarquez que ce logiciel fonctionne avec un système d'onglet permettant d'accéder aux différentes fonctions de l'environnement de développement.

Cliquez sur la première icône qui représente un dossier ouvert. Puis choisissez « New » puis « Source File ». Vous obtiendrez une fenêtre qui vous demande d'enregistrer un nouveau fichier. Vérifiez que vous êtes bien dans votre répertoire personnel puis tapez le nom de votre programme dans la zone « Nom du fichier » (par ex: test.c) puis validez avec le bouton « Enregistrer ».

Vous obtenez alors la fenêtre suivante :

1. Vérifiez que le nom de votre fichier source apparaît bien (ici : test.c).2. Vous pouvez alors commencer à taper votre code source C dans la zone d'édition. Remarquez que

les lignes sont numérotées automatiquement.3. Quand vous avez fini votre saisie, sauvegardez votre fichier en cliquant sur « Save ».

Olivier DARTOIS


Il faut ensuite compiler votre programme, c'est-à-dire convertir le fichier texte en langage C en une suite d'instructions compréhensible par le µC PIC :

Vous cliquez alors sur l'onglet « Compile » puis :

1. Vous vérifiez que vous compilez votre code source pour un PIC 16F (PCM 14 bit),2. Vous lancez la compilation en cliquant sur l'icône « Compile »,3. Si la compilation s'est déroulée correctement (sans erreur donc), vous pouvez programmer votre

PIC en cliquant sur l'icône « Program Chip ». et en sélectionnant « ICD ».

Si la compilation de votre code source se passe correctement vous obtiendrez alors la fenêtre ci-dessous :

1. Ce rectangle rappelle le nom de votre fichier et son emplacement.2. Ce rectangle indique le nombre d'erreurs (errors) et d'avertissements (warnings)

Olivier DARTOIS


Dans le cas contraire vous obtiendrez la fenêtre ci-dessous avec un message d'erreur qui apparaitra en bas de la fenêtre (flèche 1), la ligne contenant l'erreur apparaitra d'elle-même (flèche 2):

Lorsque vous lancez la programmation de votre PIC, vous obtenez successivement les écrans suivants (attention ces écrans peuvent défiler trés rapidement) :

Connexion vers l'ICD.

Programmation du PIC.

Vérification de la programmation.

Exécution du programme.

Olivier DARTOIS


Déverminage de vos programmes

Grâce au module ICD-U40, vous pouvez exécuter votre programme dans un mode spécial appellé mode « pas à pas ». Ce mode permet d'examiner à n'importe quel instant l'état des registres internes du PIC, d'avoir la valeur d'une variable, de lire le contenu de l'eeprom, etc...

Ce mode sert à analyser le fonctionnement d'un programme et suivre son déroulement lorsque celui-ci ne fonctionne pas de la manière attendu. Pour activer ce mode, suivez la procédure suivante :

1. La ligne suivante doit apparaitre dans votre code source en langage C : #DEVICE ICD=TRUE sinon le logiciel vous proposera de le rajouter automatiquement.

2. Cliquez sur l'onglet « Debug » puis sur l'icône « Enable Debbugger ». Patientez jusqu'à ce que tous les icônes soient actives.

3. Cliquez alors sur l'icône « Debug Window » puis sur l'option « Show All ». Vous devriez alors obtenir la capture ci-dessous :

1. Cette fenêtre permet de suivre l'évolution des différentes variables en cliquant sur les différents onglets disponibles.

2. L'icône « Run » permet d'exécuter le programme de manière « normale ». Recliquez sur ce même icône pour arrêter le programme.

3. L'icône « Single Step » vous permet d'exécuter votre programme en mode pas à pas. Chaque ligne du programme en langage C est exécuté puis le programme s'arrête jusqu'à ce que vous re-cliquiez sur cet icône.

4. Cette petite flèche verte vous indique la ligne qui va être exécuté lorsque vous êtes en mode pas à pas. Cette flèche change donc de ligne à chaque fois que vous cliquez sur l'icône « Single Step ».

5. En cas de problème, vous pouvez réinitialiser le PIC en cliquant sur l'icône « Reset ».6. Enfin il faut toujours quitter le mode de déverminage en cliquant sur l'icône « Disable ».

Olivier DARTOIS


Utilisation du logiciel TinyBootLoader

TinyBootLoader est disponible sur le bureau de Windows dans le dossier « Réseau Electronique ». Au lancement vous obtenez la fenêtre suivante :

1. Vous vérifiez que la vitesse de dialogue sur la voie série est de 19200 bauds ou celle que vous avez programmé dans votre programme (commande #use RS232).

2. Vous choisissez le port de communication auquel est relié votre maquette.

Les étapes 3 et 4 ne sont pas nécessaire car vous ne programmerez pas le PIC avec TinyBootLoader.Si votre µC PIC envoie des informations ou doit recevoir des informations par la voie série, vous ne quittez pas le logiciel TinyBootLoader. Vous suivez les étapes ci-dessous :

1. Cliquez sur l'onglet « Terminal ».2. Cliquez sur le bouton « Open ». Si la communication s'effectue correctement les messages venant

du PIC s'affiche dans la fenêtre centrale. Pour arrêter la communication il suffit de cliquer sur le bouton « Close ».

3. Pour préparer des données à envoyer au PIC. Cliquez dans la zone pointée puis tapez votre texte.4. Pour l'envoyer au PIC, cliquez sur le bouton « Send ».

Olivier DARTOIS


Simulation des PIC16F87X avec Isis

Lorsque vous avez compilé votre code source en langage C, vous pouvez le tester avec Isis 6.7. Pour cela, il faut saisir dans Isis votre schéma (prendre un PIC16F87X pour tester). Ensuite faites apparaître les caractéristiques du PIC, vous obtiendrez la fenêtre suivante :

Suivez la procédure suivante :

1. Appuyez sur le bouton « ? » pour récupérer votre programme en code hexadécimal (ici essai2.hex),2. Précisez la fréquence du quartz du PIC (pas besoin de quartz sur le schéma Isis) (ici 4MHz).3. Enfin vérifiez que le mot de programmation vaut 0x3D31. Validez vos choix en cliquant sur le bouton

« OK ».

Vous pouvez alors lancez une simulation active et tester votre programme.

Olivier DARTOIS


Présentation des maquettesSchéma et implantation carte de développement:

RA0/AN02

RA1/AN13

RA2/AN2/VREF-4

RA4/T0CKI6

RA5/AN4/SS7

OSC1/CLKIN9

OSC2/CLKOUT10

RC1/T1OSI/CCP2 12

RC2/CCP1 13

RC3/SCK/SCL 14

RB7/PGD 28RB6/PGC 27

RB5 26RB4 25

RB3/PGM 24RB2 23RB1 22

RB0/INT 21

RC7/RX/DT 18RC6/T X/CK 17

RC5/SDO 16RC4/SDI/SDA 15

RA3/AN3/VREF+5

RC0/T 1OSO/T 1CKI 11

MCLR/Vpp/T HV1

U1

PIC16F876A

X1

CRYST AL

C122pF

C222pF

123456789

10

J1

HE10-10turgot

+5V

123456789

101112131415161718192021

242526

2223

J3

HE10-26

6 sorties

6E/S

VI1 VO 3

GN

D2

U27805J5

PIN

C60.1µF

C70.1µF

+5V

J6

PIN

C40.22µF

C547µF

S1ST

Maquette TP PIC

+5VVDD

VSS

P1_VREF+

POT H

+5V

J_AN0PIN

J_AN1PIN

J_AN4PIN

1

2

3

4

5

6J2

EMBRJ12T URG

+5V

PB6

PB7

VPP

PB6PB7

VPP

P2_VREF-

POTH

+5V

PB3uC

PB3_ICD

S2

ST

S3ST

PB3uC

PB3_EXT

PB3_EXT

PB3_ICD

R1220

L1LED

ProgrammationDéverminage

CommunicationVoie SérieJ_MASSE

PIN

R210K

+5V

TEln - Oct 2006

Implantation des composants:

Échelle 70%Implantation carte inter+dels:

Bit0 Bit1 Bit2 Bit3 Bit4 Bit5 Bit6 Bit7 Bit0 Bit1 Bit2 Bit3 Bit4 Bit5 Bit6 Bit7

Bit0 Bit1 Bit2 Bit3 Bit4 Bit5 Bit6 Bit7

26 25

2 1

PB0

PB1

PB2

PB3

PC0

PC1

PC2

PC3

PC4

PC5

PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7

PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7

VCCGND

VCCGND

Carte Inters + DELs – Manip PIC 16F876

« 1 »

« 0 »

PC6

PC7

PB4

PB5

PB6

PB7

Implantation convertisseur USB-Série:

123456789

10

J1

HE10-10

Convertisseur

Série vers U

SB

SLP 1

RXL 2

TXL 3

PEN 4

TEN 5

TXD 6

RXD 7GND8

RI9

DCD10

DSR11

DTR12

CTS13

RTS14CUSB1

CONV_USB

BP_RESET

R110K

S1

ST

S2

ST

+5VConvertisseur USB-Série

Implantation :

Typon :

Olivier DARTOIS


Carte Ecran LCD graphique Nokia 3310, Encodeur rotatif avec bouton, boutons et DELs:Cette carte dispose :

● d'une DEL verte (D2) reliée à la sortie PIN_C4,● d'une DEL rouge (D1) reliée à la sortie PIN_B3,● de deux boutons : K1 relié à PIN_B1 et K2 relié à PIN_B2,● d'un encodeur rotatif avec bouton sur l'axe, les sortie de l'encodeur sont reliées à

PIN_B4 et PIN_B5, le bouton est relié à PIN_B1.

Olivier DARTOIS

Olivier DARTOIS 09/2008

A

SW

CO

M

B

Encodeur

1 2

3 4

E1ENCOD_BTN_20A & B => Interruption INT_RB (RB4, RB5)SW => Interruption INT_EXT (RB0)

PB0

PB4 PB5

+5VSCLKSDINDATA/COMMANDCSMASSE

RESETHP1HP2

OSC (+CONDO)

LPH7779 - N

OK

IA3310123456789

10

J_LPH

LPH7779

C14.7uF

PC3PC5

+5V

PC1PC0

PC2

Resistances Pull-Up PortB activées

Nokia3310 - Encodeur - BPs pour TP PIC

K1BPT

K2BPT

PB1

PB2

123456789

101112131415161718192021

242526

2223

J1

HE10-26

+5V

PB0

PB1

PB2

PB3

PB4

PB5

R1330RES5

D1LED

PB3

PC0

PC1

PC2

PC3

PC4

PC5R2330RES5

D2LED

PC4

C2100nFCF21

R310KRES5

R410KRES5

C310nFCF21

C410nFCF21

Présentation de l'encodeur rotatif


Plan de câblage de l'ensemble:

Olivier DARTOIS

Bit0

Bit1

Bit2

Bit3

Bit4

Bit5

Bit6

Bit7

Bit0

Bit1

Bit2

Bit3

Bit4

Bit5

Bit6

Bit7

Bit0

Bit1

Bit2

Bit3

Bit4

Bit5

Bit6

Bit7

2625

21

PB

0

PB

1

PB2

PB

3

PC

0

PC

1

PC2

PC

3

PC

4

PC5

PB0

PB1

PB2

PB3

PB4

PB5

PB6

PB7

PB0

PB1

PB2

PB3

PB4

PB5

PB6

PB7

PC0

PC1

PC2

PC3

PC4

PC5

PC6

PC7

VC

CG

ND

VC

CG

ND

Car

te In

ters

+ D

ELs

– M

anip

PIC

16F

876

« 1

»

« 0

»

PC

6

PC

7

PB

4

PB5

PB

6

PB

7

NA

PPE

HE1

0-26

NAP

PE

HE1

0-10

CA

BLE

US

B

CA

BLE

US

BC

AB

LER

J12

BLO

C A

LIM

EN

TATI

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Car

te L

CD

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Presentation PIC Et Maquette Pour TP - 2008

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