Este post faz parte da série Sistemas Operacionais de Tempo Real. Leia também os outros posts da série:
- Sistemas Operacionais de Tempo Real - Introdução
- Sistemas Operacionais de Tempo Real - Timers
- Sistemas Operacionais de Tempo Real - Displays de 7 segmentos
- Sistemas Operacionais de Tempo Real - Teclados Matriciais
- Sistemas Operacionais de Tempo Real - Alguns Periféricos
Introdução
Este artigo é o último da série sobre rotinas padronizadas, desenvolvidas em C, para o sistema MCS-51 (8051) e para serem compilados no programa da Keil. Nesse contexto é necessário lembrar que o microcontrolador 8051 não possui em seu hardware muitas interfaces dedicadas e de certa forma autônomas para conexão com periféricos externos. Considerando isso, as rotinas dessa biblioteca realizam o acesso diretamente através dos pinos (bits) dos Ports do microcontrolador e a temporização desses procedimentos fica sendo definida implicitamente pelo clock da CPU ou pelos ciclos de máquina das instruções.
As arquiteturas mais modernas de microcontroladores já possuem hardwares dedicados para a implementação de barramentos de comunicação I2C, saídas PWM, entre outras, o que melhora o rendimento da execução do seu software embarcado, por conta do paralelismo das operações.
As rotinas apresentadas aqui, não são rotinas de tempo real propriamente ditas, mas funcionam bem como rotinas padronizadas, que podem ser utilizadas em ambientes de tempo real. São rotinas para o acesso a EEPROM serial, aos conversores A/D ADC0838 e AD7730 e ao sensor de temperatura DS1820.
Descrição das Rotinas
As rotinas que serão detalhadas a seguir foram desenvolvidas seguindo as sugestões apresentadas no artigo Boas práticas para o desenvolvimento de software - Parte I no que diz respeito a encapsular algumas funções de acesso aos periféricos.
Rotinas para memórias seriais do tipo EEPROM
A EEPROM serial modelo NM24CXX da Fairchild, que já está obsoleta, mas pode ser substituída pelo componente CAT24CXX da ON Semiconductor. Na Figura 1, pode-se observar o diagrama funcional da EEPROM serial.
Figura 1: Diagrama funcional da EEPROM serial CAT24CXX
Definições
O trecho de código a seguir pode ser inserido num arquivo de definições do tipo *.h.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 | //******************************************************************************* //* * //* ROTINAS PADRONIZADAS PARA USO EM APLICAÇÕES * //* DE SISTEMAS MICROCONTROLADOS (FAMÍLIA 8051) * //* (Resp. Engenheiro Puhlmann) * //* * //* (06/07/2001 - Rev. 06/07/2001) * //* * //******************************************************************************* //=============================================================================== //= = //= ROTINAS REFERENTES AO ACESSO À EEPROM SERIAL DO TIPO NM24Cxx = //= = #define DESLIGA 0 #define LIGA 1 //**** INTERFACE COM A EEPROM SERIAL **** #define SCL P2_6 // Porta e bit onde está conectado este sinal #define SDA P2_5 // Porta e bit onde está conectado este sinal #define ENDERECO_EEPROM_ESCREVE 0xa0 // 1 0 1 0 - 0 0 0 - 0 Write no endereço 0 #define ENDERECO_EEPROM_LE 0xa1 // 1 0 1 0 - 0 0 0 - 1 READ no endereço 0 #define MARCA_0 0xa5 // As marcas são utilizadas mara informar se a EEPROM já foi gravada #define MARCA_1 0xc3 // #define ERRO_DE_COMUNICACAO_EEPROM 0x01 // Codigo de erro correspondente a alguma falha de comunicação com a EEPROM bit fFlagDeErro = DESLIGA; // Bit para sinalizar algum erro //**** PARAMETROS E VARIAVEIS DOS TIMERS DE SOFTWARE **** // Timer de 10 ms para a EEPROM #define TEMPO_DE_FIM_DE_ACESSO_EEPROM 10.0e-3 // (s) // Parametro abaixo calculado em função da freqüência de interrupção do timer principal #define CONST_TEMPORIZADOR_10ms (char)(TEMPO_DE_FIM_DE_ACESSO_EEPROM * FREQUENCIA_DE_INTERRUPCAO_TIMER_0) unsigned char ucContadorTimerEEPROM; bit fFlagFinalDeContagemTimerEEPROM; |
Observe que no trecho de código acima foram definidos um contador ucContadorTimerEEPROM, que deverá ser inserido na rotina de interrupção do timer principal, uma constante de inicialização e um bit de sinalização para indicar ao processo no loop principal que a temporização terminou. Esse recurso permite uma temporização virtual de 10 ms e é explicado em detalhes no artigo Sistemas Operacionais de Tempo Real - Timers.
Rotina do Timer de 10 ms
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | //======================================================================= // // Rotina vTimer_10ms // // Descrição: Espera 10 ms // // //======================================================================= void vTimer_10ms(void) { ucContadorTimerEEPROM = CONST_TEMPORIZADOR_10ms; // Inicializa contador fFlagFinalDeContagemTimerEEPROM = DESLIGA; // Inicializa flag while(fFlagFinalDeContagemTimerEEPROM == DESLIGA); // Espera Passar o tempo } |
Rotina de escrita da EEPROM
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Rotina de leitura na EEPROM
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Rotinas para acesso ao conversor A/D ADC0838
O conversor ADC0838 é um conversor A/D de 8 bits que possui um multiplexador de 8 canais na entrada do conversor. É um componente eletrônico muito robusto e versátil. Na Figura 2, pode-se observar uma aplicação típica para esse componente.
Figura 2: Aplicação típica do ADC 0838
Definições
O trecho de código a seguir pode ser inserido num arquivo de definições do tipo *.h.
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Rotina de leitura do ADC0838
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Rotinas para o conversor A/D AD7730
O conversor A/D AD7730 é um componente de grande precisão e ideal para a medição de sinais extraídos de pontes de strain gages, mais especificamente para a aplicação em balanças de precisão. Algumas características desse componente:
- Conversor sigma-delta de 24 bits;
- Resolução de até 1/230.000;
- Medidas razométricas com relação à fonte;
- Filtro digital programável;
- Etc.
Na Figura 3 pode ser observada uma aplicação típica desse componente e alguns módulos internos.
Figura 3: Aplicação típica do conversor AD7730
Para se aprofundar nos conceitos de medidas em ponte, recomendo a leitura do artigo técnico Ponte de Wheatstone.
Definições
O trecho de código a seguir pode ser inserido num arquivo de definições do tipo *.h.
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Rotina para escrever uma palavra no AD7730
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Rotina para ler dados do AD7730
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Rotina para verificar se há dados disponíveis
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 | //======================================================================= // // Rotina bTestaRdyDoAd // // Descrição: Temporiza a resposta do recepção do sinal de RDY do AD // // Entrada: Numero de 10 ms a serem esperados // //======================================================================= void bTestaRdyDoAd(int n10MiliSegundos) { bit bFlag; bFlag = DESLIGA; // Inicializa flag while((n10MiliSegundos-- > 0) && (bFlag == DESLIGA)) { TL0 = CTE_RELOGIO_10ms_LOW; // Inicializa o Timer para gerar 100 ms TH0 = CTE_RELOGIO_10ms_HIGH; TF0 = DESLIGA; // Reseta flag TR0 = LIGA; // Liga o timer while(TF0 == DESLIGA); // Espera completar os 100ms TR0 = DESLIGA; // Desliga o timer if (P3_2 == DESLIGA) { bFlag = LIGA; // Sinaliza que recebeu o RDY do AD } } if (bFlag == DESLIGA) { TR0 = DESLIGA; // Desliga o timer vErro(ERRO_DE_COMUNICACAO_AD); } } |
Exemplo de rotina de interrupção gerada pelo conversor AD7730
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 | //********************************************************************************************* // // Rotina de interrupção do conversor A/D (exemplo) // //*********************************************************************************************/ void vInterrupcaoAD() interrupt 0 { unsigned char uchIndice0; register char chRegAux; long *plAux; // Permite a leitura da entrada DATA_IN_AD = LIGA; // Inicializa o acumulador chRegAux = 0; chNovoDadoAD[0] = 0; for (uchIndice0 = 8; uchIndice0 > 0; uchIndice0--) { // Gera a transicao do clock SER_CLK_AD = LIGA; // Desloca o acumulador de bits chRegAux = chRegAux << 1; // Gera a transicao do clock SER_CLK_AD = DESLIGA; // Le o bit do dado chRegAux |= DATA_IN_AD; } chNovoDadoAD[1] = chRegAux; for (uchIndice0 = 8; uchIndice0 > 0; uchIndice0--) { // Gera a transicao do clock SER_CLK_AD = LIGA; // Desloca o acumulador de bits chRegAux = chRegAux << 1; // Gera a transicao do clock SER_CLK_AD = DESLIGA; // Le o bit do dado chRegAux |= DATA_IN_AD; } chNovoDadoAD[2] = chRegAux; for (uchIndice0 = 8; uchIndice0 > 0; uchIndice0--) { // Gera a transicao do clock SER_CLK_AD = LIGA; // Desloca o acumulador de bits chRegAux = chRegAux << 1; // Gera a transicao do clock SER_CLK_AD = DESLIGA; // Le o bit do dado chRegAux |= DATA_IN_AD; } chNovoDadoAD[3] = chRegAux; fPermissaoParaCalculoAD = LIGA; // SInaliza que ocorreu uma interrupão do A/D } //=============================================================================== //========== Fim das rotinas do CONVERSOR A/D AD7730 =========================== |
Rotinas para o termômetro digital DS1820
O termômetro DS1820 é um componente com boa precisão, incrementos de 0,5ºC na faixa de medição de temperaturas entre -55º a +125ºC. Como pode ser observado na Figura 4, trata-se de um termômetro digital, compacto com a interface de comunicação 1-wire (um único fio). Esse componente já está obsoleto e não há reposição direta.
Figura 4: Detalhes do componente DS 1820
Definições
O trecho de código a seguir pode ser inserido num arquivo de definições do tipo *.h.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 | //=============================================================================== //= = //= ROTINAS REFERENTES AO ACESSO AO Sensor de Temperatura DS1820 da Dallas = //= = // INTERFACE COM O SENSOR DE TEMPERATURA #define DQ P1_1 #define TEMPO_MINIMO_RESET 480.0e-6 // s #define TEMPO_DE_ESPERA_MINIMO 15.0e-6 // s #define TEMPO_DE_ESPERA_ESCRITA 45.0e-6 // s #define TEMPO_DE_ESPERA_ESCRITA_1B 55.0e-6 // s #define TEMPO_DE_ESPERA_LEITURA 8.0e-6 // s #define TEMPO_DE_ESPERA_ESCRITA_1 5.0e-6 // s #define TEMPO_DE_ESPERA_PRESENCA 240.0e-6 // s #define PERIODO_PADRAO_DE_TIME_OUT 255 #define PERIODO_RESET_TEMPERATURA_480u (int)((FREQUENCIA_OSCILADOR * TEMPO_MINIMO_RESET)/(12.0 * 2.0)) #define PERIODO_DE_ESPERA_5u (int)((FREQUENCIA_OSCILADOR * TEMPO_DE_ESPERA_ESCRITA_1)/(12.0 * 2.0)) - 2 #define PERIODO_DE_ESPERA_8u (int)((FREQUENCIA_OSCILADOR * TEMPO_DE_ESPERA_LEITURA)/(12.0 * 2.0)) #define PERIODO_DE_ESPERA_15u (int)((FREQUENCIA_OSCILADOR * TEMPO_DE_ESPERA_MINIMO)/(12.0 * 2.0)) #define PERIODO_DE_ESPERA_45u (int)((FREQUENCIA_OSCILADOR * TEMPO_DE_ESPERA_ESCRITA)/(12.0 * 2.0)) #define PERIODO_DE_ESPERA_55u (int)((FREQUENCIA_OSCILADOR * TEMPO_DE_ESPERA_ESCRITA_1B)/(12.0 * 2.0)) #define PERIODO_DE_ESPERA_PRESENCA (int)((FREQUENCIA_OSCILADOR * TEMPO_DE_ESPERA_PRESENCA)/(12.0 * 2.0)) #define MULTIPLICADOR_DE_TIME_OUT 3 // Vezes 255 // Sensor de temperatura #define NUMERO_DE_MEDIAS_DE_TEMPERATURA 4 // Potência de 2 #define MASCARA_DO_INDICE_DE_TEMPERATURA (NUMERO_DE_MEDIAS_DE_TEMPERATURA - 1) int idata nBufferDeLeiturasDeTemperatura[NUMERO_DE_MEDIAS_DE_TEMPERATURA]; unsigned char uchIndiceBufferDeTemperatura; int nValorMedioDeTemperatura; unsigned char uchContadorDeInterrupcoes; |
Rotina para aguardar n vezes 10 ms
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 | //======================================================================= // // Rotina vTimer_10ms // // Descrição: Espera múltiplos de 10 ms // // Entrada: Numero de 10 ms a serem esperados // //======================================================================= void vTimer_10ms(int n10MiliSegundos) { while(n10MiliSegundos-- > 0) { TL0 = CTE_RELOGIO_10ms_LOW; // Inicializa o Timer para gerar 100 ms TH0 = CTE_RELOGIO_10ms_HIGH; TF0 = DESLIGA; // Reseta flag TR0 = LIGA; // Liga o timer while(TF0 == 0); // Espera completar os 100ms TR0 = DESLIGA; // Desliga o timer } } |
Rotina para gerar Reset no Bus do DS1820
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 | //======================================================================= // // Gera o Reset no Bus do DS1820, e espera receber o sinal de que o Sensor está presente // // Entradas: Endereço do primeiro byte a ser lido // Numero de bytes a serem transferidos // Ponteiro para a area de RAM que receberá os dados // Saidas : Dado lido // //======================================================================= void vResetaSensorDeTemperatura(void) { unsigned char chAux, chAux2; bit fFlag, fFlagAux; EA = DESLIGA; // Desabilita todas as interrupções habilitadas chAux = PERIODO_RESET_TEMPERATURA_480u; // Coloca a linha em zero DQ = DESLIGA; // Espera os 480 us while(chAux > 0) { chAux--; } // Libera a linha DQ = LIGA; chAux = PERIODO_DE_ESPERA_15u; chAux2 = MULTIPLICADOR_DE_TIME_OUT; fFlag = DESLIGA; fFlagAux = DESLIGA; while((chAux2-- > 0) && (fFlag == DESLIGA)) { while((fFlag == DESLIGA) && (chAux-- > 0)) { // Espera até 15us da primeira vez para a linha subir para 1, ou até time-out if(DQ == LIGA) { // Foi para 1 fFlag = LIGA; } } if((chAux2 == (MULTIPLICADOR_DE_TIME_OUT-1)) && (fFlag == LIGA)) { // Sinaliza que detetou 1 nos primeiros 15 us fFlagAux = LIGA; } chAux = PERIODO_PADRAO_DE_TIME_OUT; } // Testa se deu time-out if(fFlag == DESLIGA) { vErro(0x01); } // Testa se foi saida normal if(fFlagAux == LIGA) { // Se normal, espera o sensor retirar o sinal de presença chAux = PERIODO_DE_ESPERA_PRESENCA; fFlag = DESLIGA; while((fFlag == DESLIGA) && (chAux-- > 0)) { // Espera até 15us da primeira vez para a linha subir para 1, ou até time-out if(DQ == LIGA) { // Foi para 1 fFlag = LIGA; } } // Testa se deu time-out if(fFlag == DESLIGA) { vErro(0x01); } } EA = LIGA; // Habilita todas as interrupções } |
Rotina para escrever no DS1820
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 | //============================================================================================ // // Rotina vEscreveByteNoSensorDeTEmperatura // // Entrada: - Byte a ser enviado // Saida : - Nenhuma // //============================================================================================ void vEscreveByteNoSensorDeTEmperatura(unsigned char nByte) { unsigned char chAux, chIndice; EA = DESLIGA; // Desabilita todas as interrupções habilitadas // PAra os 8 bits da palavra for (chIndice = 8; chIndice > 0; chIndice--) { // Sinaliza o início de uma operação de escrita DQ = DESLIGA; // Transmite o bit menos significativo o byte... DQ = nByte & 0x01; nByte = nByte >> 1; // Espera mais 55 us para completar o ciclo de escrita chAux = PERIODO_DE_ESPERA_55u; while(chAux > 0) { chAux--; } DQ = LIGA; } EA = LIGA; // Habilita todas as interrupções } |
Rotina para ler do DS1820
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 | //============================================================================================ // // Rotina chLeByteDoSensorDeTEmperatura // // Entrada: - Nenhuma // Saida : - Byte lido do sensor // //============================================================================================ char chLeByteDoSensorDeTEmperatura(void) { unsigned char chAux, chIndice, chDadoLido; EA = DESLIGA; // Desabilita todas as interrupções habilitadas // Inicializa o dado a ser lido chDadoLido = 0; for (chIndice = 8; chIndice > 0; chIndice--) { // Sinaliza que pode iniciar a transferência do dado DQ = DESLIGA; DQ = DESLIGA; DQ = LIGA; // Espera 8 us antes de amostrar o sinal chAux = PERIODO_DE_ESPERA_8u; chDadoLido = chDadoLido >> 1; chAux = DQ; chDadoLido = chDadoLido | (chAux << 7); // Espera mais 45 us para completar o ciclo de escrita chAux = PERIODO_DE_ESPERA_45u; while(chAux > 0) { chAux--; } } EA = LIGA; // Habilita todas as interrupções return(chDadoLido); } //=============================================================================== //========== Fim das rotinas do Sensor DS1820 =================================== |
Resumo
Neste artigo técnico foram apresentadas algumas rotinas padronizadas, codificadas em C, para serem compiladas no programa da Keil. Essas rotinas permitem configurar e acessar alguns periféricos utilizando-se os microcontroladores da família MCS-51. Essas rotinas foram utilizadas em projetos reais e funcionam!
Este artigo é o quinto da série de artigos que abordam algumas funções comuns em projetos de sistemas embarcados de tempo real. Confira os demais artigos.
Sistemas Operacionais de Tempo Real
- Sistemas Operacionais de Tempo Real - Introdução - Apresentação introdutória do que é um sistema operacional e as características que o tornam um sistema de tempo real. Também são apresentadas algumas estruturas que facilitam o seu projeto.
Bibliotecas de funções e rotinas padronizadas em linguagem C para MCS-51
- Timers - É apresentada uma biblioteca desenvolvida em linguagem C para a inicialização e o uso dos Timers do MCS-51;
- Displays de 7 segmentos – É apresentada uma biblioteca desenvolvida em linguagem C para a inicialização e o uso em displays de 7 segmentos;
- Teclados Matriciais – É apresentada uma biblioteca desenvolvida em linguagem C para varredura, leitura, debounce, identificação da tecla acionada e desvio para a rotina de tratamento. A forma como as rotinas foram escritas, permitem sua fácil reutilização em outros projetos;
- Periféricos (este artigo) - É apresentada uma biblioteca desenvolvida em linguagem C para a inicialização e o uso de alguns periféricos, tais como conversores A/D, sensor de temperatura e memórias seriais.
Referências
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/CAT24C01-D.PDF
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/adc0838-n.pdf
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD7730_7730L.pdf
http://www.systronix.com/Resource/ds1820.pdf
Este post faz da série Sistemas Operacionais de Tempo Real. Leia também os outros posts da série:
- Sistemas Operacionais de Tempo Real - Introdução
- Sistemas Operacionais de Tempo Real - Timers
- Sistemas Operacionais de Tempo Real - Displays de 7 segmentos
- Sistemas Operacionais de Tempo Real - Teclados Matriciais
- Sistemas Operacionais de Tempo Real - Alguns Periféricos
Parabéns Henrique!
Um artigo no estilo "Embedded System Building Blocks" Brasileiro! muito legal! Abraços