ESERCITAZIONE # 2

USO dei PORT come uscite digitali

Uno dei più comuni impieghi dei pin di un embedded è il comando di un carico in uscita (LED, relay, ecc). Questo richiede che il programma provveda, per prima cosa, a configurare quel pin come uscita.

Questo richiede una azione sul registro di direzione del port (TRIS) a cui il pin appartiene, in modo da dirigerlo come uscita.

Sfortunatamente, anche un banale uso dei PORT di I/O per accendere un LED negli embedded richiede una certa struttura, che, a prima vista vista, sembra molto ampia.
Questo è dovuto semplicemente al fatto che ogni pin può svolgere numerose funzioni, tutte programmabili. E non è detto che quella di uscita digitale sia quella stabilita dal default all' accensione.

In effetti, la politica del costruttore è quella di portare il chip, dopo un reset, in una condizione "neutra" in cui si da la preferenza ad una situazione di consumo minimo. E questo privilegia, ad esempio, la configurazione dei port come analogici piuttosto che digitali.

Quindi, volendo utilizzare uno o più pin con funzione di I/O digitali può essere necessario modificare i default con un certo numero di istruzioni.
Non tutti i port possono assumere funzioni analogiche; nella famiglia 18 di solito questo compito è assegnato ai PORTA, B ed E, mentre il PORTC e D ne sono esclusi. Quindi, la programmazione addizionale riguarderà essenzialmente le prime.
In ogni caso, essendo tutti port configurati come ingressi dal default del reset, per tutti i pin che si desidera utilizzare come uscita occorre modificare il registro di direzione relativo (TRISx).

Il nostro esercizio prevede di collegare un LED al bit 0 di ogni port (RA0, RB0, RC0). I LED sono posti tra il pin e il gnd (Vss, massa) con la rispettiva resistenza in serie e quindi saranno accesi quando il pin, configurato come uscita, sarà portato a livello 1.

L' esercizio ha lo scopo di verificare in pratica il modo di assegnazione di una funzione GPIO di uscita ad un pin di ogni port.

Ovviamente, dovendo visualizzare il risultato, il progetto imposta Pickit3 come debugger e viene utilizzata la Uniboard, direttamente alimentata a 5V dal Pickit.

Si dovranno semplicemente collegare i pin PA0, PB0 e PC0 ognuno ad un dei LED della scheda.
Il Pickit è inserito direttamente nella spina ICSP/ICD e permette un debug passo passo delle istruzioni.

Ovviamente sarà possibile utilizzare Pickit2 senza variazioni se non la diversa impostazione nell' ambiente MPLAB; oppure anche REAL ICE o ICD, sempre con il semplice cambio nel setup di MPLAB, tenendo presente che non tutti i tools sono in  grado di alimentare l' hardaware. Inoltre è sempre possibile utilizzare SIM senza alcun hardware o debugger collegato.

Una descrizione particolareggiata delle funzioni dei PORT è consultabile qui.

Per chi non avesse chiare le connessioni, qui trova una pagina dedicata.

L' esercizio richiede le seguenti risorse:

• MPLAB IDE installato
• Pickit3 (o Pickit2)
• 28-40pin UniBoard con PIC18F2321 0 4321 (o 2221 o 4221 o altro hardware similare)
• tre cavetti jumper da 14-15 cm

Il listato sorgente è una estensione di quello già visto nell' Esercizo 1, di cui conserva la struttura del template, aggiungendo gli elementi necessari al nuovo lavoro.

Da un punto di vista strutturale il programma agisce in questo modo:

1. Azzeramento dei latch dei port. Questa operazione preliminare serve per pre determinare il livello che i pin assumeranno  nel momento in cui saranno configurati come uscite.
2. Disabilitazione delle funzioni analogiche da tutti i PORT A e B agendo sul registro ADCON1.
3. Disabilitazione dei comparatori analogici presenti sui PORTA agendo sul registro COMCON.
4. Imposizione della direzione uscita per i bit 0 dei PORT A, B, C agendo sui rispettivi registri TRIS.
5. Attivazione dei led portando a livello 1 i relativi bit. L' azione viene effettuata sui registri LAT, dato che i PIC18 consentono un accesso separato a questi SFR.
6. Stop del micro bloccandolo in un loop infinito. 

Il punto 6 è necessario in quanto il programma non è un loop chiuso, ma, una volta accesi i LED, ha terminato la sua funzione. Però non è possibile bloccare il processore se non in due modi:
- mettendolo in condizione di SLEEP, ovvero bloccando il clock principale
- impegnandolo in un loop infinito

La funzione SLEEP e le sue possibilità saranno oggetto di altre esercitazioni dedicate a questo.

Ora ci limitiamo alla seconda soluzione, ovvero chiudiamo il programma costringendo il processore a circolare su una istruzione che si richiude su se stessa.
Questa soluzione, apparentemente strana, è dovuta al fatto che, altrimenti, terminate quelle che sono per noi le operazioni richieste al processore, il Program Counter continuerebbe comunque a scandire locazioni di memoria programma, mentre la logica di decodifica cercherebbe di eseguire come istruzioni i codici casuali in esse. Però, essendo queste  celle della Flash non inizializzata, potrebbero verificarsi situazioni imprevedibili.
Dunque, "stoppiamo" il processore costringendolo a fare come il cane che corre in circolo dietro alla sua coda, soluzione poco elegante, ma efficace.

Vediamo il listato nei dettagli.

Come inizio, è sempre presente una testata di descrizione del programma e delle sue funzioni.

Inizia ora il vero e proprio sorgente, con gli elementi di definizione del processore.

Segue quindi la configurazione del processore.

Qui è utilizzata una configurazione minima. I commenti chiariscono le funzioni configurate.

Assegniamo un paio di locazioni in RAM con la direttiva CBLOCK/ENDC.
Nel caso di questo programma, non hanno alcuna funzione. Serviranno nelle esercitazioni successive.

Nell' area degli Equates inseriamo alcune definizioni che ci serviranno durante il programma.

Inizialmente definiamo una maschera che, applicata al registro di direzione TRISx programmerà il bit 0 come uscita.

Poi, è pratico assegnare delle label ai LED in modo tale da richiamarle successivamente ed avre una immediata indicazione di cosa fa il programma in quel dato punto.
Da notare che utilizziamo il registro LATx al posto di POPRTx

Ecco il "programma" vero e proprio, con ampi commenti che descrivono le funzioni svolte da ogni riga:

La fine del sorgente è determinata come al solito dalla direttiva END. 

Da notare che il programma vero e proprio, invece, termina impegnando la CPU in un loop infinito. Questo è necessario altrimenti il processore proseguirebbe ad eseguire i codici casuali contenuti nella memoria programma, con la possibilità di creare situazioni imprevedibili.

Avviando lo step-by-step  potremo seguire il flusso delle istruzioni ed osservare l' accensione di LED dopo le relative istruzioni.

Se si incontrano errori nella compilazione è opportuno verificarli con la lista di descrizione degli errori e correggere dove si è sbagliato.

Il file compresso di questa esercitazione è scaricabile dall'  area di download.