UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA
MICROCONTROLADORES - MCS115
Práctica sobre el uC PIC16F877 -
Conversión A/D con muestreo periódico mediante módulo CCP2
2.1
Objetivos
Familiarizarse con la tarjeta entrenadora del uC PIC16F877.
Practicar el conjunto de instrucciones del microcontrolador.
Configurar los módulos A/D y CCP2 en modo de disparo especial.
Desarrollar un instrumento básico que mida el periodo y la amplitud de una señal senoidal.
2.2
Introducción
Se pretende realizar el fragmento de programa encargado de realizar la medida del periodo y la
amplitud de una señal senoidal cuya frecuencia es variable entre 10 y 50Hz y cuya amplitud puede
tomar una valor máximo de 2V.
Se empleará un microcontrolador PIC16F877 con un oscilador de frecuencia de 4MHz.
2.3
Conexionado
Será necesaria una etapa de adaptación de niveles para aprovechar el rango de 0 a 5V de
conversión del módulo A/D
Se seleccionan los siguientes valores:
•
R1 = R2 = R3 = 10K
•
V1 = 2V
con lo que se consigue un desplazamiento de la tensión senoidal Vs entre
–
2V y 2V al margen de 0 a
5V en la tensión Ve de entrada al conversor A/D.
2.4
Planteamiento
Se va a utilizar el módulo CCP2 para lanzar las conversiones del módulo A/D a intervalos regulares
(periodo de muestreo). Se selecciona un periodo de muestreo de 200 µs que permitiría obtener
hasta 100 muestras en el caso más desfavorable de máxima frecuencia (fmax=50Hz -> Tmin=20ms).
Se almacenan de manera permanente los valores de las 3 últimas conversiones en 3 registros
auxiliares (P0, P1 y P2 de mayor a menor antigüedad). Empleamos esos 3 valores para buscar los
máximos locales de la onda:
Si P0 < P1 y además P2 < P1 entonces P1 es un valor de máximo temporal P1
El valor de tensión asociado al valor digital conseguido se deduce así:
P0
P2
Relación entre el valor digital n y la tensión analógica de entrada al conversor (Ve):
n = (Ve * 256) / 5
relación entre la tensión analógica de entrada al conversor A/D (Ve) y la tensión senoidal de
partida (Vs)
Vs = (Ve / 1.25) - 2
luego la relación entre el valor digital (n) y la tensión senoidal (Vs) será :
Vs = 0.0156 * n
–
2
Para medir el periodo de la señal contabilizamos el número de conversiones entre la localización de
un máximo y el siguiente. Cada vez que se encuentra un máximo se “resetea” un
contador de
conversiones que se utiliza como unidad de medida. Cada conversión se obtiene cada 200µs, en el
caso del periodo máximo de 100ms, el contador podría alcanzar un valor de 500, por tanto se
precisan utilizar 2 bytes
2.5
Algoritmo sugerido
INICIALIZACIÓN
➢
CONVERSOR A/D:
)
Entradas RA0, RA1 y RA3 como analógicas y referencia de 5V, resto entradas
digitales
)
Canal analógico de entrada RA0
)
Flag ADIF a 0
➢
TMR1:
)
Como temporizador, prescaler de 8 y parado al principio
)
Reset de TMR1
➢
CCP2:
)
Modo comparación, disparo interno y reset de TMR1
➢
VARIABLES:
)
MAXIMO, P2, P1 y P0 a cero
)
Habilitamos interrupciones (GIE=1 y PEIE=1)
)
Ponemos en marcha TMR1
BUCLE PRINCIPAL INFINITO
TRATAMIENTO DE INTERRUPCIÓN POR FIN DE CONVERSIÓN
➢
Se comprueba que ADIF=1 si no salimos de inmediato
➢
Salvamos el contexto del programa ppal. (W y STATUS)
➢
Incrementamos CONTADOR conversiones: CUENTA_H + CUENTA_L
➢
Actualizamos valores de las 3 últimas conversiones:
▪
P1 -> P0
P2 -> P1
ADRES -> P2
➢
Llamamos a BUSCA_MAX para determinar si hay máximo en P1
➢
Ponemos flag ADIF a cero
➢
Recuperamos contexto
➢
Retorno de programa de tratamiento de interrupción
BUSCA_MAX
Se comparan P1 y P2 mediante resta (P2-P1), si C=0 resultado negativo y si C=1 el resultado es
positivo o nulo
Si P2 > P1 no es máximo y salimos de subprograma
Si P2 < P1 entonces
Si P0 < P1 entonces
P1 es máximo local: MAXIMO = P1
Registramos periodo: PERIODO_H_L = CUENTA_H_L
Reseteamos CUENTA_H y CUENTA_L
si no
Salimos del subprograma
TRATA_MAX
Se parte de un byte resultante de la conversión (MAXIMO) y nos proporciona en dos bytes:
BIN_ALTO
–
BIN_BAJO el valor de la amplitud en binario y expresado en diezmilésimas de voltio:
Uamp = 0.0156 * MAXIMO
–
2 [V]
Uamp = 156 * MAXIMO
–
20000 [1e-4V]
Realizamos el producto de 156 por el byte MAXIMO y al resultado de dos bytes, le restamos
20000 (0x4E20)
TRATA_PERIODO
Se parte de 2 bytes: PERIODO_H
–
PERIODO_L , donde está contabilizado el nº de conversiones
(cada 200 µs)
Para pasarlo a unidades de tiempo, empleamos diezmilésimas de segundo, multiplicando los dos
bytes por 2
T = (PERIODO_H
–
PERIODO_L) * 2 = T [en 1e-4 s]
El procesado posterior al calculo de la amplitud y el periodo queda abierto para que el alumno
decida si transfiere los resultados al LCD, Terminal RS-232 o realiza otro tipo de análisis.
Como una guía para la realización de esta practica se presenta el siguiente código fuente el cual
debe ser adaptado por el alumno para utilizarlo con el uC PIC16F877.
;******************************************************************* ;
; Ejemplo de manejo del conversor A/D, disparando la conversión ; mediante el módulo CCP2 trabajando en modo comparación ;
; Se determina la amplitud y el periodo de una señal senoidal ; cuya amplitud máxima es de 2V y cuya frecuencia puede estar ; comprendida entre 10Hz y 50Hz, la señal senoidal se "desplaza" ; al margen de 0 a 5V mediante la expresión:
;
; Useno (en V) = 0.0156 * n - 2
;
; se consigue con un circuito de adaptación con un Operacional ;
; Archivo: SENO.ASM ;
; Versión que determina máximo (amplitud) y distancia entre máximos (periodo) ;
; Programa pensado para oscilador de 8MHz.
;
LIST P=16C73
include "p16c73.inc" ;
; ***************************** ; ** DEFINICIÓN DE ETIQUETAS ** ; ***************************** ; MAXIMO PERIODO_H PERIODO_L EQU EQU EQU 0x21 0x22
0x20 ; Valor digital máximo actualizado ; Parte alta del periodo medido
; y parte baja, medido en periodos de muestreo
CUENTA_H EQU 0x23 ; Contador de capturas
CUENTA_L EQU 0x24 ; en 2 bytes
; En estos 3 bytes almacenamos 3 capturas consecutivas, y se usan para ; detectar el máximo: P2 será el valor más reciente y P0 el más antiguo
P0 EQU
P1 EQU
P2 EQU
0x25 0x26 0x27
W_TEMP EQU 0x28
STATUS_TEMP EQU 0x29
FACTOR1 EQU 0x2A
FACTOR2 EQU 0x2B
BIN_BAJO EQU
BIN_ALTO EQU
0x2C 0x2D
CONTADOR EQU 0x2E
;
;************** ;** COMIENZO ** ;**************
ORG 0x00 goto START ;
; ;
; ---
; LOCALIZACIÓN DE LA SUBRUTINA DE INTERRUPCIÓN POR FIN DE CONVERSIÓN ; ---
ORG 0x04 goto INTER ;
; INICIO DEL PROGRAMA ; ---
START bsf
movlw STATUS,RP0 b'00000100' ; Pasamos al Banco 1 ; Definimos entradas analógicas en
movwf ADCON1 ; RA<0,1,3> (el resto son digitales)
movlw movwf bcf b'01000000' PIE1 STATUS,RP0
; Se habilita la interrupción (ADIE=1) ; por fin de conversión del A/D ; Banco 0
INIC movlw movwf
b'10000001' ADCON0
; Oscilador: Tad=32*Tosc=4us, A/D encendido ; entrada RA<0> (canal CH0)
clrf PIR1 ; Se baja el flag del conversor (entre otros)
movlw movwf
b'00110000' T1CON
; Se prepara TMR1 para contar
; con reloj interno y prescaler (1:8) ; de momento está parado
; El periodo de entrada al TMR1 será pues de 4us
clrf TMR1H ; Reseteo el TMR1: parte alta
clrf TMR1L ; y parte baja
; La carga de CCPR2H y CCPR2L determina el periodo de muestreo que queremos de 200us
clrf CCPR2H ; Precarga de los registros de comparación
movlw 0x32 ; con 0x32 =50d para lanzar conversión
movwf CCPR2L ; cada 50*4us=200us
movlw b'00001011' ; Se programa el modo de comparación para
movwf CCP2CON ; lanzar la conversión A/D automáticamente
;
clrf MAXIMO ; Se inicializa el registro de máximo
clrf P0 ; Los valores consecutivos de conversión
clrf P1 ; también se inicializan
clrf P2
movlw b'11000000' ; Se habilitan las interrupciones
movwf INTCON ; por periféricos (para conversor A/D)
bsf T1CON,TMR1ON ; Se ponde en marcha el TMR1
;********* PROGRAMA PRINCIPAL ***********************
B_PPAL goto B_PPAL ;Ponemos una espera infinita
; ********************************* ; ** SERVICIO DE LA INTERRUPCIÓN ** ; ********************************* ;
; IDENTIFICACIÓN DE LA INTERRUPCIÓN ; ---
;
INTER btfsc PIR1,ADIF ; ¿Fin de conversión A/D?
goto FIN_AD
retfie ; lo comprobamos
; ;
FIN_AD movwf W_TEMP ; Salvo el contexto
swapf STATUS,W ; en caso afirmativo de ADIF=1 movwf STATUS_TEMP
incfsz CUENTA_L ; Incremento contador de conversiones
goto CAMBIO ; si no desbordó la parte baja sigo
incf CUENTA_H ; si desbordó incremento parte alta
; Ahora actualizo los 3 últimos valores
CAMBIO movf P1,W ; Le paso P1 a P0
movwf P0
movf P2,W ; P2 a P1
movwf P1
movf ADRES,W ; Y ahora cargo el nuevo dato en P2
movwf P2
call BUSCA_MAX
SALGO bcf PIR1,ADIF ; Se baja el flag del conversor
swapf STATUS_TEMP,W ; Recupero el contexto movwf STATUS
swapf W_TEMP,F swapf W_TEMP,W
retfie ; y regreso al programa principal
;********************************************************************** ; BUSCA_MAX
;
; Subprograma que carga MAXIMO con un máximo local si lo encuentra ; comparando los valores almacenados en P2, P1 y P0
;**********************************************************************
BUSCA_MAX
movf P1,W ; Hago P2-P1
subwf P2,W
btfsc STATUS,C ; Si C=0, resultado negativo (luego P1>P2)
return ; si no me salgo del subprograma: P1 no es máximo
movf P1,W ; Si P1>P2 ahora hago P0-P1
subwf P0,W
btfsc STATUS,C ; si C=0 resultado negativo (luego P0<P1 y P1 es máximo)
movf P1,W ; Si llego aquí, en P1 tengo un máximo local
movwf MAXIMO ; que almaceno en la posición MAXIMO
movf CUENTA_L,W ; Contabilizo el periodo desde el último máximo movwf PERIODO_L ; medido en periodos de muestreo
movf CUENTA_H,W ; que es de 200us
movwf PERIODO_H ; lo mismo con la parte alta
clrf CUENTA_L ; Reseteo el contador de conversiones
clrf CUENTA_H ; para la siguiente búsqueda de máximo
call Trata_MAX
call Trata_Periodo
return
;************************************************************************* ; Trata_MAX
;
; Calcula el valor de la amplitud en voltios y lo almacena en dos bytes ; BIN_ALTO - BIN_BAJO en diezmilésimas de voltio
;
; Se calcula: Umax = 0,0156 * MAXIMO - 2 (en V) ;
; Operamos en diezmilésimas de Voltio
;************************************************************************* Trata_MAX
movf MAXIMO,W ; Tengo en FACTOR1 el MAXIMO obtenido movwf FACTOR1
movlw d'156' ; Cargo en FACTOR2 el valor 156
movwf FACTOR2
call PRODUCTO ; Obtengo en BIN_ALTO & BIN_BAJO el resultado
; de la operación 156*MAXIMO (en diezmilésimas de V) ; le tengo que restar 20000 diezmilésimas
; d'20000' = 0x4E20
;operación de resta de 2 bytes: (BIN_ALTO & BIN_BAJO) - 0x4E20
movlw 0x20 ; Primero resto bytes bajos
subwf BIN_BAJO,F
btfss STATUS,C ; Si el carry está a 1 resta positiva
decf BIN_ALTO ; si era 0 era negativa y "debo una"
; que resto a la parte alta
movlw 0x4E ; Ahora resto bytes altos
subwf BIN_ALTO
call SACA_MAX ; Llamamos a subprograma que lo muestra
return
;************************************************************************* ; Trata_Periodo
;
; Calcula el valor del periodo y lo almacena en dos bytes en décimas de milisegundo ; el valor más alto almacenado en PERIODO_H - PERIODO_L sería de 500 (0x01F4) ;
; Periodo = (PERIODO_H - PERIODO_L) * 200us ;
; Operamos en diezmilésimas de segundo si multiplico por 2 el valor almacenado ;************************************************************************* Trata_Periodo
bcf STATUS,C ; Pongo a cero el carry
rlf PERIODO_L ; para a continuación, rotar a la izquierda
rlf PERIODO_H ; ambos bytes
call SACA_PERIODO ; Llamada al subprograma que lo muestra
return
;*************************************************************************** ; PRODUCTO
;
; Subprograma de multiplicación de dos bytes ;
; Recibe los valores en posiciones FACTOR1 y FACTOR2
; y entrega el resultado en dos bytes: BIN_ALTO & BIN_BAJO
;***************************************************************************
PRODUCTO
clrf BIN_ALTO ;Limpio el byte alto
clrf BIN_BAJO ;y el byte bajo también
movlw 0x8 ;Cargamos 8 en CONTADOR
movwf CONTADOR
movf FACTOR1,W ;Paso FACTOR1 a W para ir haciendo sumas
bcf STATUS,C ;Pongo a 0 el carry para empezar rotaciones
BUCLE rrf FACTOR2 ;Roto a dcha FACTOR2 para ver bit a la dcha
btfsc STATUS,C
addwf BIN_ALTO,F ;Si era 1 el bit le sumo FACTOR1 a parte alta ;es FACTOR1 00000000
;Al llegar aquí el carry tendrá el acarreo de la operación anterior suma o cero si saltó suma
rrf BIN_ALTO ;Roto en conjunto BIN_ALTO y BIN_BAJO
rrf BIN_BAJO ;Carry -> BIN_ALTO -> BIN_BAJO
goto BUCLE ;si no llegamos a 0 repetimos
return ;si ya llegamos a cero salimos
;****************************************************************** ; SACA_MAX
;
; Subprograma encargado de mostrar o enviar el valor del máximo ; en |BIN_ALTO|BIN_BAJO| se dispone de la amplitud expresada en ; diez milésimas de Voltio y en binario
; Se deja abierto el tema
;****************************************************************** SACA_MAX
; A COMPLETAR
return
;****************************************************************** ; SACA_PERIODO
;
; Subprograma encargado de mostrar o enviar el valor del periodo ; en |PERIOD_H|PERIODO_L| se dispone del periodo expresado en ; diez milésimas de segundo y en binario
; Se deja abierto el tema
;****************************************************************** SACA_PERIODO
; A COMPLETAR
return
