1. SIMULACIJA PIC MIKROKONTROLERA PREKO SOFTVERA PIC SIMULATOR IDE
Elektronski fakultet u Nišu
Katedra za elektroniku
Predmet: Mikroprocesorski sistemi
prof. dr Mile Stojčev
SIMULACIJA PIC MIKROKONTROLERA PREKO SOFTVERA PIC SIMULATOR IDE
Student:
Ranko Prokopović 10609

2. UVOD
Misao vodilja autora ovog seminarskog rada bila je da studentima približi program PIC Simulator IDE, koji je razvio Vladimir Šošo iz Zemuna. U pitanju je simulator velikog broja mikrokontrolera 12F i 16F serija. Detaljnije informacije o pomenutom programu su dostupne na sajtu a koriste ga brojni renomirani koledži i fakulteti.
U radu je dat kratak opis mikrokontrolera PIC16F877, pregled menija PIC Simulator IDE, kao i nekoliko primera koji pokazuju mogućnosti ovog softvera
Na kraju je dato nekoliko zadataka za studente, koje treba rešavati na laboratorijskim vežbama

3. Mikrokontroler PIC16F877
PIC16F877 je Microchip-ov 8-bitni CMOS mikrokontroler baziran na flash tehnologiji
RISC arhitektura omogućuje odvojene magistrale 8-bitnih podataka i 14-bitne programske memorije
Jezgro mikrokontrolera PIC16F877 proizvodi se u 40-pinskom (DIP) ili u 44-pinskim kućištima (QFP i PLCC)

4. Mikrokontroler PIC16F877
Na narednom slajdu je data šema arhitekture mikrokontrolera PIC16F877
Mogu se uočiti standardne komponente:
Flash programska memorija – 8 kiloreči
RAM (File Registers) – 368 bajtova
Aritmetičko-logička jedinica (ALU)
Akumulator (Working Register)
Hardverski magacin (Stack) sa 8 nivoa
EEPROM memorija podataka – 256 bajtova
Razne periferne jedinice (portovi, tajmeri, A/D konvertor, USART,...)

5. Arhitektura mikrokontrolera PIC16F877

6. Mikrokontroler PIC16F877
PIC16F877 podržava tehniku prekida (eng. interrupts). Postoji ukupno 14 izvora prekida, što spoljašnjih, što unutrašnjih
Ono što mikrokontrolere izdvaja od ostalih procesora jeste prisustvo raznih specijalnih kola koja se trebaju izboriti sa potrebama real-time aplikacija
Među ponuđenim karakteristikama postoji mogućnost izbora četiri tipa oscilatora, mogućnost upotrebe Power-up (PWRT) i Oscilator Start-up (OST) tajmera, te eventualno korišćenje Power-on (POR) i/ili Brown-out (BOR) reseta
Sprečavanje zalaska programa u mrtve petlje pomaže upotreba Watchdog tajmera (WDT)

7. Mikrokontroler PIC16F877
Zaštitu kôda od neželjenog čitanja pruža opcija code protection
Za uređaje sa baterijskim napajanjem interesantna mogućnost je Sleep Mode
Napajanje se dovodi na pinove VDD, a masa na pinove VSS. Nožice OSC1 i OSC2 služe za priključenje oscilatorskih komponenti. Osim za reset-kolo pin 1 (MCLR/VPP) ima ulogu u toku procesa programiranja mikrokontrolera. Ostalih 33 pina predstavljaju I/O linije. Oni su grupisani u pet portova (PORT A, B, C, D i E)
Na kraju ovog uvoda treba napomenuti da su Microchip PIC mikrokontroleri dominantni u odnosu na konkurentne relativno visokom strujom koju može propustiti I/O pin (25 mA)

8. Mikrokontroler PIC16F877
Strukturu memorije kod PICmicro™ mikrokontrolera čine tri odvojena bloka:
Programska memorija
Memorija podataka
EEPROM memorija podataka
Odvojeno od navedenih memorijskih blokova egzistira zasebna struktura magacin (stack), koja se sastoji od osam 13-bitnih registara
Mapa pogramske memorije

9. Mikrokontroler PIC16F877
PIC16F877 mikrokontroleri imaju 13-bitni programski brojač (PC) koji može da adresira memorijski prostor od 8k programskih reči od 14 bita
Memorija za podatke je izdeljena u više celina banki (eng. banks), a sastoji se od registara opšte namene (General Purpose Registers) i registara specijalne funkcije (Special Function Registers)

10. Mikrokontroler PIC16F877
Programski brojač (PC) određuje adresu instrukcije u programskom flešu koja će sledeća biti pribavljena
STATUS registar je veoma bitan i zato je predviđeno da se može adresirati iz bilo koje banke. On pokazuje status aritmetičko-logičke jedinice, reset status mikrokontrolera i sadrži bite za selekciju banki internog RAM-a
Registar OPTION_REG se koristi za konfiguraciju preskalera za tajmer 0 ili Watchdog, za upravljanje tajmerom 0, selekciju ivice okidanja eksternog interapta, te za omogućenje Pull-up otpornika na portu B.
INTCON je registar za manipulisanje sistemom prekida mikrokontrolera

11. Mikrokontroler PIC16F877
Za vezu mikrokontrolera sa svetom oko sebe zaduženi su ulazno/izlazni portovi
Ima ukupno pet I/O portova i oni su označeni sa A, B, C, D i E
Portovi su nejednakih širina, tako port E čine 3 pina, port A čine 6 pinova, a portove B, C i D čine 8 pinova
Svaki port poseduje odgovarajući registar (PORTX) preko kojeg se programski pristupa I/O pinovima
Tajmeri se koriste za merenje vremena i brojanje eksternih događaja. Ugrađena su tri tajmerska modula (TMR 0,1,2) od kojih svaki ima svoje specifičnosti.

12. Mikrokontroler PIC16F877
CCP moduli - CCP je skraćenica za Compare/Capture/PWM. PIC16F877 poseduje dva ovakva modula koji mu “pomažu” da se lakše nosi sa raznim zahtevima real-time aplikacija.
Ostale periferije:
SSP modul (Synchronous Serial Port) - služi za komunikaciju sa serijskim EEPROM-ima, pomeračkim registrima, displej-drajverima, A/D konvertorima, itd. Ovaj modul može raditi u jednom od dva moda: Serial Peripheral Interface (SPI) ili Inter-Integrated Circuit (I2C)
USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmiter) služi za povezivanje sa personalnim računarom, ali to nije njegova jedina mogućnost primene.
PSP (Parallel Slave Port). On služi da se PIC16F877 direktno poveže na 8-bitnu magistralu podataka drugog mikroprocesora

13. Asembler za PIC mikrokontrolere
Asemblerske instrukcije se izvršavaju tokom četiri taktna intervala, izuzev instrukcija grananja čije izvršavanje traje duže. Primera radi, ako interni oscilator mikrokontrolera radi na frekvenciji 4 MHz, izvršenje standardne instrukcije traje 1µs.
S obzirom da mikrokontroleri serije PIC16Fxxx imaju RISC arhitekturu, operišu sa svega 35 asemblerskih instrukcija koje možemo podeliti u pet grupa:
instrukcije koje operišu sa podacima
aritmetičko-logičke instrukcije
instrukcije koje operišu sa bitovima
instrukcije koje upravljaju tokom programa
ostale instrukcije.

14. PIC Simulator IDE
PIC Simulator IDE je aplikacija koju koriste projektanti u razvoju sistema sa PIC mikrokontrolerima, a karakteriše je njena laka upotreba u WINDOWS okruženju. Pomenuta aplikacija ima integrisan simulator (emulator), BASIC kompajler, asembler, disasembler i debager.
Glavni aplikacioni prozor prikazuje statuse svih internih registara datog mikrokontrolera, instrukciju koja je poslednja izvršena i instrukciju koja će se sledeća izvršiti, taktni ciklus i brojač instrukcija kao i realno vreme trajanja simulacije.

15. PIC Simulator IDE
Izgled glavnog aplikacionog prozora

16. PIC Simulator IDE FILE MENI Komande ovog menija su:
Clear memory – resetovanje simulatora i postavljanje u početno stanje
Load program – učitavanje programskog fajla (HEX)
Save memory – čuvanje podataka iz memorija (FLASH i EEPROM)

17. PIC Simulator IDE SIMULATION MENI Komande ovog menija su:
Start – otpočinje simulaciju
Step – izvršavanje simulacije korak po korak
Stop – zaustavlja simulaciju

18. PIC Simulator IDE RATE MENI
Komande ovog menija predstavljaju brzine izvršavanja simulacije
-Step by step – korak po korak (instrukcija po instrukcija)
-Slow – vreme između dve instrukcije je 1500 ms
-Normal – vreme između dve instrukcije je 250 ms
-Fast – vreme između dve instrukcije je 50 ms
-Extremely fast – vreme između dve instrukcije je suviše malo
tako da brzina simulacije zavisi od brzine rada računara
-Utimate (No refresh) – glavni prozor simulatora se ne osvežava
pa se tako značajno uvećava brzina simulacije

19. PIC Simulator IDE TOOLS MENI
Ovaj meni sadrži puno pomoćnih alatki koje su značajne za simulaciju rada jednog mikrokontrolera
Neke od njih su: Program Memory Editor, EEPROM Memory Editor, Microcontroller View, Disassembler, Breakpoints Manager, Assembler, BASIC Compiler, 8 x LED Board, Oscilloscope, 7-Segment LED Displays Panel, LCD Module

20. PIC Simulator IDE OPTIONS MENI
Ovaj meni nudi dodatne opcije koje vam omogućuju da simulaciju podesite po potrebi
Tu je naravno i HELP meni koji služi za pomoć u nekim trenucima kada vam je to potrebno

21. Primeri
U ovom seminarskom radu je obrađeno nekoliko primera. Podeljeni su u grupe:
Elementarni primeri (ukupno 8) – sabiranje i oduzimanje dva broja, upis broja na određenu lokaciju, zamena vrednosti dva broja i slično
Jednostavni primeri (ukupno 3) – brojač, upis podataka u EEPROM memoriju, A/D konverzija napona
Napredniji primeri (ukupno 3) – izračunavanje izraza, upis i čitanje podataka iz EEPROM-a, prikazivanje A/D konverzije na LCD displeju
Dopunski primeri (ukupno 4) – IF i FOR petlje, primena kašnjenja

22. Laboratorijske vežbe
Takođe su dati zadaci za studente koje oni treba da rešavaju na časovima laboratorijskih vežbi
Ovi zadaci su predviđeni za lako i brzo rešavanje, i veoma su slični kao primeri obrađeni u tekstu

23. Zaključak
U prethodnom tekstu ovog seminarskog rada je opisan softver PIC Simulator IDE, koji služi za simulaciju većeg broja PIC mikrokontrolera 12F i 16F serija.
Najpre je detaljno opisano 8 primera u asembleru, da bi kasnije bilo detaljno opisano i ilustrovano 6 primera sa mikrokontrolerom PIC16F877
Primeri su savim dovoljni da se savlada suština programiranja i simulacije mikrokontrolera korišćenjem softvera PIC Simulator IDE

24. Literatura PIC16F877, Microchip, sajt http://www.microchip.com
PIC Simulator IDE, sajt
Instrukcije u PIC BASIC-u, sajt
Instrukcije u asembleru za PIC, sajt

25. CV Prezime: Prokopović Ime: Ranko Adresa stanovanja:
Moše Pijade 5/11, Vladičin Han
adresa:
Bračno stanje:
Neoženjen
Datum rođenja:
godine
Nacionalnost:
Srbin
Obrazovanje:
Gimnazija „Jovan Skerlić“ – Vladičin Han
Kompletna ili stepenovana diploma:
IV stepen
Vozačka dozvola:
B kategorija
Poznavanje jezika
Engleski (dobro)
Poznavanje operativnih sistema i programskih paketa
WINDOWS XP, PIC Simulator IDE
Posebna interesovanja
Pretraživanje Interneta, čitanje stručne literature, automobili i tehnika
Sposobnosti
Radoznalost, preduzimljivost, snalažljivost
Napomene
Nosilac Vukove diplome u osnovnoj i srednjoj školi.