Manual

Prácticas PIC basadas
en máquina de vending

AUTOR: Félix Rizo Lobato
DIRECTOR: Nicolau Cañellas Alberich

FECHA: Septiembre / 2004

2.- MEMORIA DESCRIPTIVA 1

2.1. INTRODUCCIÓN 2
2.1.1. Antecedentes 2
2.1.2. Objetivos 2

2.2. SOLUCIÓN ADOPTADA 4
2.2.1. Los microcontroladores. Consideraciones previas 4
2.2.2. Ventajas de los diseños basados en microcontroladores 5
2.2.3. Arquitectura básica de los µC 5
2.2.3.1. CPU (Central Process Unit) 6
2.2.3.2. Memoria de programa 6
2.2.3.3. Memoria de datos 6
2.2.3.4. Puertos entrada / salida 7
2.2.3.5. Watch-Dog 7
2.2.3.6. Brown-out 7
2.2.3.7. Contador / timer 7
2.2.3.8. ADC y DAC 8
2.2.3.9. PWM 8
2.2.3.10. Comunicación Serie 8
2.2.4. Que es un PIC? 8
2.2.4.1. Diferencias con otros µC 8
2.2.5. Los microcontroladores PIC 9
2.2.5.1. Características de los microcontroladores PIC 9
2.2.5.2. Familias PICmicro 10
2.2.5.3. ¿Que PIC escogemos? 10
2.2.5.4. PIC 16F876 y 16F877 11

2.3. PRÁCTICAS CON MICROCONTROLADORES 13
2.3.1. Consideraciones previas 13
2.3.2. Descripción del MPLAB 13
2.3.2.1. Introducción programa 13
2.3.2.2. Funcionamiento del MPLAB IDE 14
2.3.3. Descripción del Kit MPLAB-ICD 16
2.3.3.1. Introducción 16
2.3.3.2. Características del MPLAB-ICD Module 17
2.3.3.3. Características del MPLAB-ICD Header 17
2.3.4. Placa base de laboratorio 18
2.3.4.1 Descripción de la paca usada en laboratotio 18
2.3.5. Regulador de tensión 18
2.3.6. Descripción Pantalla LCD 19
2.3.6.2. Que pantalla LCD vamos a utilizar? 19
2.3.6.3. Funcionamiento de la pantalla LCD 19

2.3.7. Descripción teclado 21
2.3.7.2. Funcionamiento del teclado 21

2.4. DESCRIPCIÓN FUNCIONAL DE NUESTRO SISTEMA 24
2.4.1. Visión general 24
2.4.2. Funcionamiento 25
2.4.2.1 Funcionamiento general 25
2.4.2.2 Funcionamiento Módulo 1 26
2.4.2.3 Funcionamiento Módulo 2 27

2.5. DESCRIPCIÓN CIRCUITAL 30
2.5.1. Introducción 30
2.5.2. Circuito regulador de tensión 31
2.5.3. El microcontrolador 31
2.5.4. Decodificador 74LS138 34
2.5.5. Decodificador de BCD a 7 segmentos 7447 y display 36
2.5.6. El Teclado 38
2.5.7. Pantalla LCD 40

2.6. PRÁCTICAS A REALIZAR 42
2.6.1. Introducción 42
2.6.2. Enunciados de prácticas 42
2.6.2.1. Práctica 1 43
2.6.2.2. Práctica 2 50
2.6.2.3. Práctica 3 59
2.6.2.4. Práctica 4 69
2.6.2.5. Práctica 5 78
2.6.2.6. Práctica 6 88

2.7. PROGRAMA ASM 97
2.7.1 Introducción 97
2.7.2. Modulo 1 97
2.7.2.1. Visión general. 97
2.7.2.2. Revisar monedero 98
2.7.2.3. Revisar producto 99
2.7.2.4. Dar cambio 101
2.7.2.5. Interrupción 102

2.7.3. Módulo 2 103
2.7.3.1. Visión general 103
2.7.3.2. Seleccionar producto o precio 104
2.7.3.3. Elegir producto 104
2.7.3.4. Enviar EEPROM 105
2.7.3.5. Interrupción 106

2.7.4. Datos de interés 107
2.7.4.1. Registros de dinero 107
2.7.4.2. Clasificación de los productos. 108
2.7.4.3. Función ‘Escribir_LCD’ 108
2.7.4.4. Función ‘Clear_display’ 109
2.7.4.5. Función ‘EE_escribe’ 109
2.7.4.6. Función ‘EE_LEE’ 109

3.- MEMORIA DE CÁLCULO 110

3.1. CÁLCULOS DE LOS ESQUEMAS ELÉCTRICOS 111
3.2. CÁLCULOS DEL PROGRAMA ASM 112

4.- PRESUPUESTO 114

4.1. LISTA ELEMENTOS 115
4.1.1. Lista de elementos del módulo 1 115
4.1.2. Lista de elementos del módulo 2 116

4.2. LISTA DE PRECIOS 117
4.2.1. Lista de precios de elementos del módulo 1 117
4.2.2. Lista de precios de elementos del módulo 2 118

4.3. COSTE TOTAL 119
4.3.1. Coste total del módulo 1 119
4.3.2. Coste total del módulo 2 120

4.4. RESUMEN DEL PRESUPUESTO 121

5.- PLANOS 122

5.1. ESQUEMAS DE ELEMENTOS 123
5.1.1. Esquema Regulador fuente tensión 123
5.1.2. Esquema del 74LS47 123
5.1.3. Esquema del 74LS138 124
5.1.4. Esquema Comunicación USART 124
5.1.5. Conector teclado 125
5.1.5.1.Teclado producto 125
5.1.5.2.Teclado monedas 125
5.1.5.3.Teclado precio 126
5.1.6. Esquema conector pantalla LCD 126
5.1.6.1. LCD Módulo 1 126
5.1.6.2. LCD Módulo 2 126

5.2. ESQUEMAS PRÁCTICAS MÓDULO 1 127
5.2.1. Esquemas Práctica 1 127
5.2.5. Esquema general 131
5.2.6. Diseño placa base 132

5.3. ESQUEMAS PRÁCTICAS MÓDULO 2 133
5.3.2. Esquemas Práctica 5 y Módulo 2 133
5.3.3. Diseño placa base 134

ANEXOS
A. LISTA DE CÓDIGOS DE PROGRAMA
A.1. Módulo 1 I
A.1.1. Programa ASM de práctica 1 I
A.1.2. Programa ASM de práctica 3 X
A.1.3. Programa ASM de práctica 4 XXV
A.1.4. Programa ASM de práctica 6 XXXV
A.1.5. Programa ASM del Módulo 1 completo XLVIII

A.2. Módulo 2 LXX
A.2.1. Programa ASM de práctica 2 LXX
A.2.2. Programa ASM de práctica 6 LXXXVI
A.2.3. Programa ASM del Módulo 2 completo CI

Memoria descriptiva

2. MEMORIA DESCRIPTIVA

Memoria descriptiva Introducción

2.1. Introducción

En este proyecto encontraremos seis prácticas para la asignatura de “Sistemes
electrònics amb microcontrolador”, en las cuales se pretende que el alumno aprenda a
programar un microcontrolador.

Estas prácticas serán diferentes partes de una simulación de una máquina de vending.
Cada grupo de alumnos debería realizar una práctica. Al finalizar correctamente todas las
prácticas, se deberían poder unir los códigos de todos los grupos y se podría simular dicha
máquina, por ello, se tendría que intentar que todos los grupos trabajasen en conjunto para
poder unir al final todas las prácticas.

Para ello, este proyecto de final de carrera propuesto por Nicolau Cañellas pretende
montar el hardware y el software de la máquina de vending y diseñar las diferentes prácticas a
realizar por los alumnos.

2.1.1. Antecedentes

Nuestro antecedente será la asignatura de “Sistemes electrònics amb
microcontrolador” que se realiza en el segundo cuatrimestre del tercer curso de E.T.I. en
Electrónica Industrial.

Dicha asignatura tiene 3 créditos prácticos con lo cual este proyecto pretende
complementar las prácticas ya existentes utilizando al máximo los recursos de hardware ya
existentes en estas prácticas.

2.1.2. Objetivos

La finalidad de este proyecto es realizar una serie de prácticas con el objetivo de que
los alumnos puedan utilizarlas para aprender a programar mediante el MPLAB a un
microcontrolador.

Al mismo tiempo pretendemos, debido a que las prácticas a realizar son las diferentes
partes de una máquina de vending, que estas prácticas puedan unirse, con lo cual pretendemos
que exista una unión entre los diferentes alumnos para poder conseguir al final del curso unir
todas las prácticas y que funcionen como una sola.

Como queriamos una práctica de comunicaciones serie hemos pensado crear un
sistema para modificar los precios de la EEPROM. La idea sería guardar todos los precios en
un módulo que podríamos conectar a la máquina y transmitir los datos para modificar los
precios.

También se dejan abiertas una serie de posibilidades para poder añadir diferentes
prácticas a estas para mejorar la simulación, con lo cual los alumnos podrían proponer alguna
práctica nueva o para un posible proyecto futuro que ampliase los módulos y el número de
prácticas.

2

Memoria descriptiva Introducción

Las diferentes prácticas tienen unos objetivos diferentes. Se ha pretendido que con
cada práctica se simule una parte de la máquina de vending, aunque como se ha dicho
anteriormente todas estas partes tienen registros en común, como por ejemplo el que realiza la
práctica del monedero y el que realiza la práctica del cambio tienen en común el registro que
se encarga de saber la cantidad de dinero que se ha pagado.

Las diferentes prácticas a realizar tienen como objetivos:

- PRÁCTICA 1: Realizar la simulación de un monedero, con el objetivo de
guardar la cantidad de dinero que el usuario introduce a una máquina.

- PRÁCTICA 2: Realizar un sistema para poder modificar los precios de los
productos a vender en la EEPROM.

- PRACTICA 3: Realizar el programa que se encarga de pedir el producto,
revisar el dinero pagado, el que se tiene que pagar y entregar el producto.

- PRACTICA 4: Realizar el programa que se encarga de dar el cambio, tanto
cuando seleccionamos un producto como cuando queremos que nos devuelva
el dinero pagado.

- PRACTICA 5: Realizar el código para poder comunicar dos
microcontroladores mediante la comunicación de USART. Este sería para
enviar la EEPROM para modificar los precios de los productos.

- PRÁCTICA 6: Realizar el código para poder comunicar dos
microcontroladores mediante la comunicación de USART. Este sería para
pedir producto.

3

Memoria descriptiva Solución adoptada

2.2. Solución adoptada

2.2.1.Los microcontroladores. Consideraciones previas.

Antes que nada, nos interesa saber que es un microcontrolador, así que partiremos de
las funciones que éste hace y haremos una pequeña comparación con otros dispositivos que
también hacen esas o otras funciones similares, para descubrir realmente las posibilidades en
general de los microcontroladores y de lo que haremos servir en este proyecto. Por esto,
haremos unas definiciones previas:

Controlador: Dispositivo usado por control automático de un conjunto de procesos

Controlador digital: Controlador con lógica de control digital

Implementaciones de los controladores digitales:

- Lógica discreta

• Baja densidad de integración
• Diseño (Hardware) sencillo / medio / complejo
• Poco generalizable
• Coste bajo / medio / alto

- PLC (Programmable Logic Controller)

• Mayor densidad de integración
• Diseño (Software) sencillo
• Muy generalizable
• Coste elevado

- Microprocesador + RAM + ROM + Periféricos (A/D, Timers...)

• Elevada densidad de integración
• Diseño (Software + Hardware) medio / complejo
• Generalizable
• Coste bajo / medio

- Microcontroladores

• Densidad de integración muy elevada
• Diseño (Software + Hardware) sencillo / medio
• Muy generalizable
• Coste bajo

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2.2.2. Ventajas de los diseños basados en microcontroladores

• Reducción del tamaño y precio: El elevado grado de integración de un
microcontrolador (µC) en circuito integrado permite una elevada funcionalidad
por área a bajo coste y un menor tamaño del PCB.
• Elevada flexibilidad: Un mismo microcontrolador (µC) puede ser usado por un
elevado número de aplicaciones variando solo el software.
• Rapidez de desarrollo: La adaptación de un µC en otra aplicación puede
consistir en adaptar el software y muy poco hardware.
• Aumento de la fiabilidad: La disminución de componentes en placa hace
disminuir también los riesgos de averías.
• Buenas prestaciones: Los µC usan µP que permiten la ejecución eficiente de
algoritmos de control.

2.2.3. Arquitectura básica de los µC

En este apartado se muestran todos los elementos que puede tener un µC, no quiere
decir ue todos lo µC tengan estos dispositivos, esto depende de la versión del µC que
escogamos. Este µC se escoge dependiendo de las aplicaciones que necesitemos.

Figura 1. Arquitectura de los mC

Viendo la descripción de cada uno de los elementos que aparecen en el diagrama
anterior, se puede entender mejor.

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2.2.3.1. CPU (Central Process Unit)

Es el microprocesador del sistema. Sus características y funcionalidad se definen
sobretodo a partir de tres clasificaciones:

- Clasificación en función del tamaño de los datos:

• 4 bit: Aplicaciones muy sencillas y muy económicas
• 8 bit: Aplicaciones sencillas /medias y económicas. Es el tipo de µC dominante
en el mercado
• 16 bit: Aplicaciones medias y coste medio
• 32 bit: Aplicaciones complejas y de coste elevado

- Clasificación en función del conjunto de instrucciones:

• RISC (Reduced Instruction Set Code). Instrucciones sencillas y de rápida
ejecución.
• CISC (Complex Instruction Set Code). Instrucciones más complejas y de mayor
tiempo de ejecución.

- Clasificación en función de la arquitectura de buses:

• Von Newmann: Buses de datos y direcciones compartidos por la memoria de
datos y de programa. Simplifica el diseño y el coste.
• Harvard: Buses de datos y direcciones diferentes por la memoria de datos y de
programa. Permite acceso simultaneo.

2.2.3.2. Memoria de Programa

Ésta es la memoria donde se guarda el programa que escribimos. Es una memoria que
se mantiene aunque apaguemos el sistema que la contiene. Existen diferentes tipos de
memoria de programa en función de la forma de gravarla y/o borrarla:

• ROM: Dispositivo OTP grabado en fábrica
• EPROM: Dispositivo OTP o borrable (con ventana)
• EEPROM: Dispositivo regrabable in-system con Vpp = 12v
• FLASH: Dispositivo regrabable in-system

2.2.3.3. Memoria de datos

La podemos diferenciar en dos tipos de memoria, dependiendo de si ésta se mantiene o
no en desconectar el programa. Así tenemos:

- Memoria volátil de datos: Es la memoria donde se guardan temporalmente variables
usadas en el programa. Tenemos dos, una genérica y otra más específica:

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• RAM: Almacenaje de variables del programa
• SFR: (Special Function Regiters). Usados para hacer servir los periféricos, las
interrupciones,...

- Memoria no volátil de datos: Es un tipo de memoria como la anterior, ya que sirve
para almacenar datos, pero con la particularidad de que éstos se mantienen en memoria. Es
muy útil, por ejemplo, para guardar en memoria algunos datos que queramos llamar desde
diversos programas, como datos de configuración o de seguridad. Existen dos tipos:

• EEPROM
• FLASH

2.2.3.4. Puertos de Entrada / Salida

Son los pins que sirven para la entrada y salida de datos desde o al exterior. Son
generalmente de 8 bits, aunque pueden variar según el puerto y algunos de ellos incorporan
resistencias de pull-up, la función de las cuales es evitar ponerlas exteriormente en algún tipo
de conexión, como entradas procedentes de fuentes de tensión, corriente,... donde tenemos que
controlar, por ejemplo las corrientes de entrada. Esto nos hace ahorrar especialmente espacio.

2.2.3.5. WatchDog

El WatchDog es un temporizador especial y su función es realizar un reset del
microcontrolador periódicamente para refrescarlo. Su funcionamiento no está predefinido,
sino que tenemos que introducir un código de programa para hacerlo funcionar como mejor
nos convenga y para reinicializarlo en el momento determinado.

2.2.3.6. Brown-out

El Brown-out es un circuito interno que sirve como detector de posibles errores en la
alimentación del microcontrolador, paralizando el sistema para evitar posibles daños en éste.

2.2.3.7. Contador /Timer

En este apartado definimos el contador como un contador de pulsaciones procedentes
de un reloj o un dispositivo asincrónico externo y recibidos por un pin destinado a esta
función.

En cambio, llamamos Timer al contador de ciclos de una señal de reloj generado
internamente en el dispositivo, pudiendo programarlo como el anterior para que produzca
algún evento en el momento determinado que nos interese según lo programemos. Tanto uno
como el otro suelen incluir pre-scaler para multiplicar el valor programado y conseguir así
posibles temporizaciones más altas.

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2.2.3.8. ADC y DAC

Estas opciones son una la inversa de la otra. La primera, mucho más fácil de encontrar,
se refiere a la conversión de un valor analógico procedente del exterior en uno de digital
dentro de nuestro dispositivo, por esto poder tratarlo. En cambio, el conversor digital
analógico nos interesa para transformar un valor que tenemos en formato digital en nuestro
dispositivo analógico a la salida al exterior. Pensamos que las señales externas pueden estar en
los dos formatos, mientras que en nuestro microcontrolador sólo las podemos tratar en formato
digital, de forma que es lógico que el A/D sea en la dirección exterior-interior y el D/A en
dirección inversa.

2.2.3.9. PWM

El PWM (Pulse Width Modulator) es, como su nombre indica, un generador de pulsos
de anchura variable, útil para controles del mismo tipo haciendo la función de duty-cycle, es
decir, variaciones en las duraciones de los semiciclos positivos y negativos para obtener
tensiones medias variables y conseguir así, por ejemplo, controlar la velocidad de un motor
DC.
También existe la posibilidad de variar la frecuencia de estos pulsos y conseguir así,
por ejemplo, emitir diferentes sonidos en una aplicación.

2.2.3.10. Comunicaciones Serie

Los microcontroladores son capaces de enviar o recibir datos del exterior por medio de
las comunicaciones serie. Dependiendo del microcontrolador, éstos pueden ser:

• SPI (Serial Peripherical Interface)
• I2 C (Inter-Integrated Circuit)
• UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmiter)
• USART (Universal Synchronous-Asynchronous Receiver-Transmiter)
• CAN (Controller Area Network)
• USB (Universal Serial Bus)

2.2.4. Que es un PIC?

Un PIC es un microcontrolador fabricado por Microchip Inc. De este fabricante de
µC’s será el nuestro. Aparte de este fabricante existen diferentes fabricantes de
microcontroladores, National, Motorola, Intel ,Zilog ,Thomson.

2.2.4.1. Diferencias con otros µC.

Las pricipales diferencias entre los PIC y otras marcas es que tienen gran variedad de
módelos que permiten sleccionar el que más convenga para tu proyecto. Que tienen gran
variedad de herraminetas para desarrollar hardware y software. Por su longitud de palabra de

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12 bits son los que menos espacio ocupan en la memoria de instrucciones. Y son bastante más
rapidos que la mayoría.

Déspues de estas diferencias parece que los PIC son los mejores, cosa que no es verdad
para aplicaciones muy especificas en lso que las otras marcas pueden dar unas prestaciones
más elevadas.

2.2.5. Los microcontroladores PIC

2.2.5.1. Características de los microcontroladores PIC

• RISC (Reduced Instruction Code)
o Gama baja (PIC 16C5X) 33 instrucciones
o Gama media (PIC 16CXXX) 35 instrucciones
o Gama alta (PIC 17CXXX/18CXXX) 58/77 instrucciones

• Arquitectura Harvard (Buses diferentes para las memorias de datos y
direcciones)
o Memoria de datos de 8 bits
o Memoria de programa de 12/14/16 bits
• Arquitectura Pipeline
o Todas las instrucciones ocupan 1 palabra de instrucción
o Ejecución de todas las instrucciones en 2 ciclos
o Throghput 1 ciclo de instrucción, excepto saltos que son 2 ciclos

• Pila Hardware
• WatchDog Timer (WDT)
• Power on Reset (POR)
• Modo de bajo consumo (SLEEP)
• Líneas E/S de alta corriente (20/25 mA)
• Protección de código
• Número de serie/código de identificación
• Programación:
o C = CMOS OTP/EPROM
o CR = CMOS ROM
o CE = CMOS OTP/EPROM+EEPROM
o F = FLASH
o HV = High Voltage (15v)
o LF = Low Voltage Flash
o LC = Low Voltage OTP
o LCR = Low Voltage ROM

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2.2.5.2. Familias PICmicro

Seguidamente se muestran las familias PIC pertenecientes a la marca Microchip, a
partir de las características de las cuales escogemos el modelo más apropiado para nuestra
aplicación.

• Familia PIC 16C5X
o 12-bit program word
o Familia base
o 2 Niveles de pila hardware
o No interrupciones
o 1 Timer-8bits + WDT

• Familia PIC 12C5XXX
o 12-bit/14-bit program word
o EEPROM
o Interrupciones
o 1 Timer-8bits + WDT

• Familia PIC 16CXXX, 16 FXXX
o Prestaciones medias
o Gran variedad de periféricos on-chip: Comparadores, PWM, 3 Timers,
Conversores A/D, EEPROM de datos, USART,...
o Interrupciones internas y externas

• Familia PIC 17CXXX
o Otras prestaciones
o Interrupciones vectorizadas
• Familia PIX 18CXXX
o Muchas otras prestaciones (10 MIPS)
o Interrupciones vectorizadas (internas y externas)

2.2.5.3. ¿Que PIC escogemos?

Como hemos explicado anteriormente, el PIC a escoger será 16F876 debido a que
actualmente en las clases prácticas ya se utiliza este microcontrolador, con lo cual tendremos

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ya los microcontroladores e incluso los kits del ICD-DEBUGER, con lo que nos podemos
ahorrar una gran parte del presupuesto.

También lo elegimos ya que es un micro de gama media. Con lo cual tenemos
funciones de sobra en el micro para poder realizar las prácticas diseñadas, he incluso sirve
para posteriores ampliaciones, ya que no gastamos todos los recursos que nos da el
microcontrolador.

Se utilizarán dos PIC debido a que queremos hacer una práctica de comunicación por
USART y ya que tenemos que utilizar los dos micros utilizaremos el segundo micro tanto en
la simulación del módulo para modificar los precios de la EEPROM, como para entregar el
producto seleccionado, ya que para posibles ampliaciones de las prácticas se necesitarían más
entradas y salidas. De este modo, con este segundo micro se podría seguir ampliando la
máquina.

2.2.5.4. PIC 16F876 y 16F877

A continuación se exponen las características principales de estos microprocesador.
Estos PIC’s disponen de:

• Arquitectura Harvard (Memoria de datos y programa separados)
• Memoria de datos de 8 bit
• Memoria de programa de 14 bit
• Líneas E/S de alta corriente
• Memoria RAM de 368 Bytes
• Memoria de datos EEPROM de 256 Bytes
• Memoria FLASH de programa de 14336 Bytes (14bit*8192 word)
• 3 Puertos de Entrada/Salida (1 de 6 bits, 2 de 8bits) en el 16F876 y 5 Puertos de salida
en el 16F877 (1 de 3 bits, 1 de 6 bits, 3 de 8 bits) en el 16F877
• WatchDog (Temporizador especial que hace un reset periódicamente)
• Timer de 16bit
• 2 Timer de 8 bit
• 5 conversores A/D de 10 bits en el 16F876 y 8 convresores A/D de 10 bits en el
16F877
• 1 Puerto Serie para comunicación
• 1Puerto Paralelo para comunicación en el 16F877
• Posibilidades de interrupciones internas / externas
• Posibilidad de interrupción del Puerto Serie

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Figura 2. Diagrama de bloques del PIC 16F876

12

Memoria descriptiva Prácticas con microcontroladores

2.3. Prácticas con microcontroladores

2.3.1. Consideraciones previas

En los siguientes apartados vamos a explicar los diferentes dispositivos que
necesitamos para poder realizar las prácticas. El teclado, la pantalla de LCD, el kit MPLAB-
ICD y una pequeña descripción del funcionamiento del MPLAB.

2.3.2. Descripción del MPLAB

2.3.2.1. Introducción programa

En este apartado explicamos el programa que tienen que utilizar los alumnos para
programar y realizar las pruebas sobre el µC.

Hay varios programas en la página de microchip, la relación de estos es:

Integrated Free Demo
Development
Simulator Part Number Linker Library Development Download Download Compiler Assembler
Tools
Environment Available Available

MPLAB® IDE
Yes SW007002 Yes Yes Yes Yes No No Yes
v6.60

Motor Control
Graphical User
Interface (MC-
GUI)
MPLAB C18 Yes SW006011 Yes Yes No No Yes Yes Yes
Application
Maestro No Yes Yes
Software
MPLAB C30 Yes SW006012 Yes Yes No Yes Yes Yes Yes
MPLAB Visual
Device
Initializer
MPLAB C17 Yes SW006010 Yes Yes No No Yes Yes Yes

FilterLab filter
No No No No Yes No No No
design software

Figura 3. Relación de programas

Como se puede comprobar, el programa que vamos a utilizar es el MPLAB© IDE ya
que es el único con el cual podemos utilizar el kit MPLAB-ICD. La única diferencia es que
utilizaremos una versión más antigua, la del MPLAB v4.1 que es la que está instalada en los
ordenadores de los laboratorios de la universidad.

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2.3.2.2. Funcionamiento del MPLAB IDE

Al ejecutar el programa saldrá la siguiente pantalla del MPLAB:

Figura 4. Pantalla MPLAB

En la cual se puede ver las diferentes barras de elementos y los diferentes menús. Esto
es como se abriría en el caso de que no se hubiese trabajado anteriormente con él, si no
preguntará si abre los archivos y el proyecto último con el que se estaba trabajando antes de
cerrar por última vez.

A nosotros nos interesa como crear un nuevo proyecto. Los pasos a seguir serian ir al
menú ‘PROJECT’ y crear un nuevo proyecto.

Figura 5. Menú “New Project”

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Una vez dado el nombre se abrirá la ventana ‘EDIT project’ donde tenemos que
asignar un nodo al proyecto que será el archivo .ASM en donde está código del programa a
funcionar.

Figura 6. Ventana “Edit project”

Por último tenemos que seleccionar el procesador que queremos utilizar e ir a
‘DEVELOPMENT MODE’ en donde tenemos que asignar si queremos trabajar como
simulador, que sería simplemente para que funcione el código en el PC simulando el
ordenador al µC, o utilizar el ‘MPLAB-ICD Debugger’ que para ello tenemos que tener el kit
MPLAB-ICD.

Figura 7. Ventana de “Development Mode”

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Una vez terminada la creación del proyecto y terminado el código del programa que
queremos probar tenemos que dar al botón de linkiar el programa para crear el archivo que se
tiene que guardar en la memoria de programa del micro.

Para ver Linkar el
toda la programa
memoria para ver si
RAM hay errores

Para ver el Para ver los
Ejecutar el Ejecutar programa registros
programa paso a grabado en especiales
paso la ROM del del µC
µC

Figura 8. Barra de herramientas MPLAB

Para ver la memoria de la EEPROM, que lo necesitaremos cuando trabajemos con ella, se
tendría que seleccionar en el menú de ‘Windows->EEPROM’ con lo cual se nos abriría una
ventana donde saldrían los valores de la EEPROM.

2.3.3. Explicación del Kit MPLAB-ICD.

2.3.3.1. Introducción

Este kit es el sistema a través del cual comunicamos el PC con el µC, a través de él
conseguimos poder utilizar todas las funciones del MPLAB.

La finalidad de este kit es poder programar un PIC y poder ejecutar el código paso a
paso para probar el funcionamiento del código volcado en el µC. Esto es ideal para realizar
nuevos códigos que están en un proyecto de una fábrica en el laboratorio de I+D por ejemplo,
o como en nuestro caso, para los laboratorios de clase, ya que el alumno tiene que programar
una y otra vez el código hasta que funcione.

Esta opción de programar a los µC es la ideal por si tienes que reprogramar una y otra
vez el µC debido a que tengas que corregir el código debido a que el micro tiene memoria
FLASH.

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Para programar el µC una vez el código está correcto se hace de diferentes formas. Si
es una fábrica y tiene que fabricar muchos, los fabrica con el código ya programado con
memoria ROM. Si es un usuario que a lo mejor programa algunos para uso personal lo hace
mediante un programador del tipo T-20, que resulta mucho más económico.

2.3.3.2. Características del MPLAB-ICD Module

Este kit está compuesto de dos partes, una que es el ICD module y la otra es el ICD
Header. El esquema del ICD module es:

Figura 9. MPLAB ICD Module

Esta parte se encarga de comunicarse a través del puerto serie ‘J2’ con el PC y a
través del conector ‘J3’ con el MPLAB Header.

2.3.3.3. Características del MPLAB-ICD Header

El MPLAB Header sirve para poder conectarlo a un dispositivo de DIP-28 como es el
18F876, o como para un dispositivo DIP-40 como el 18F877. Un esquema de la placa base
sería el siguiente:

17


Figura 10. MPLAB ICD Header

2.3.4. Placa base del laboratorio

2.3.4.1.Explicación placa base del laboratorio

La placa base de la que vamos a hablar ahora es de la que se dipone en laboratorio de
prácticas de la asignatura de “Sistemas electrónicos con miro controladores”. Dicha placa está
compuesta por un regulador de tensión a 5V, Un conector para una pantalla de LCD y un
conector para un teclado. Que serán explicados en lo siguientes apartados.

2.3.5. Regulador de tensión

Este regulador se coloca en las placas donde tenemos el µC para alimentarlo, con el
regulamos la tensión de alimentación al valor que necesitamos (5V), de tal forma que nos
permite tener una tensión estable para el mejor funcionamiento de nuestro sistema y nos
permite que la fuente de alimentación de la placa pueda variar entre 8 y 15V
aproximadamente.

18


2.3.6. Descripción Pantalla LCD


Un microcontrolador necesita dispositivos para poder comunicarse con el exterior, de
la misma forma que un ordenador necesita un teclado y una pantalla, al µControlador le vamos
a suministrar los teclados de 16 teclas y una pantalla LCD alfanumérica.

La mayoría de los LCD’s están basados en el microcontrolador HITACHI 44780 u otro
similar, con lo cual la mayoría de estos se programan de forma similar. El tamaño de los
caracteres que se muestran son de 5x7 o 5x10 pixels. Todos ellos tienen como método para
escribir los datos a través de un bus de 8 bits que se conecta al µC/µP aunque también
permiten la conexión a través de 4 bits, simplemente lo que hacen es dividir los datos a enviar
en dos bloques para enviar los datos.

Hay pantallas de muchos tipos. La forma más fácil de clasificarlas es por el número de
caracteres y por el número de líneas (caracteres x línea) que se pueden introducir. Existen los
siguientes tipos:
• 8x2
• 16x1, 16x2, 16x3 y 16x4
• 20x2 y 20x4
• 24x2
• 40x2 y 40x4

2.3.6.2. Que pantalla LCD vamos a utilizar

Para estas prácticas vamos a utilizar las pantallas ya existentes en el laboratorio de
prácticas para abaratar los costes. Son pantallas de 16x2 con retro-alimentación con 16 pines
de conexión con el µC.

2.3.6.3. Funcionamiento de la pantalla LCD

La configuración de los pins de la pantalla de LCD que vamos a utilizar en las
prácticas es la siguiente:

Asignación de los pines del JM162A
#PIN Nombre Función
1 Vss Masa (0V)
2 Vdd Alimentación (+5V)
3 Vee Contraste (Vss=Vee=Vdd)
4 RS Selección de modo (dato=1/comando=0)
5 R/W Lectura/escritura de comando (lectura=1/ecritura=0)
6 E Enable ( Validación DB<7:0> en flanco 1? 0)
7 DB0 Bit 0 (LSB) de dato
8 DB1 Bit 1 de dato
9 DB2 Bit 2 de dato

19


10 DB3 Bit 3 de dato
14 DB7 Bit 7 (MSB) de dato
15 A Anodo (+) retro-iluminación
16 K Cátodo (-) retro-iluminación
Tabla 1. Asignación de los pins del JM162A

De todos estos pins solamente se van a utilizar 6 de ellos que son los de DB<7:4> para
la comunicación con el µC, no utilizamos los 8 pins para ahorrar salidas en el µC. El
inconveniente es que se tarda algo más en enviar los datos ya que hay que escribir dos veces
en el bus pero la pérdida de tiempo es tan pequeña que nos sale a cuenta reducir el número de
salidas del µC.

Los otros dos pins que vamos a utilizar van a ser el RS y RW

Estas pantallas tienen un juego de instrucciones con las cuales podemos ir escribiendo
los datos en la pantalla, los caracteres que queremos escribir es poniendo el código ASCII en
hexadecimal de la letra que queremos poner en el bus de datos, de tal forma que para escribir
una ‘A’ habría que escribir ‘40’H. El juego de instrucciones de estos teclados es el siguiente:

CODIGO INSTRUCCIÓN Tiempo
D D D D D D D D Ejecución
INSTRUCCIÓN DESCRIPCIÓN
RS RW B B B B B B B B (fosc =
7 6 5 4 3 2 1 0 270KHz)
Clear Escribe ‘20’H en DDRAM y coloca
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1.53ms
Display DDRAM addrees en ‘00H’ de AC
Coloca ‘00H’ en DDRAM addrees
Return
0 0 0 0 0 0 0 0 1 X y vuelve el cursor a la posición 1.53ms
Home
original
Entry mode I/ S Asigna el movimiento el cursor y si
0 0 0 0 0 0 0 1 39µs
Set D H queremos que el cursor se vea o no
Set Display (D), cursor (C), y
Display
0 0 0 0 0 0 1 D C B parpadeo del cursor (B) on/off bit 39µs
ON/OFF control
de control
Set cursor moving and display shift
Cursor or S/ R/
0 0 0 0 0 1 X X bit de control y la dirección, sin 39µs
Display Shift C L
cambiar la DDRAM data.
Asignar la interface de longitud de
Function D datos (DL:4-bit/8-bit), números de
0 0 0 0 1 N F X X 39µs
Set L líneas del display (N:1-línea/2-
líneas, Display tipo de fuente(F:0...)
A A A A A A
Set CGRAM Colocar CGRAM addrees en el
0 0 0 1 C C C C C C 39µs
Addrees contador de dirección
5 4 3 2 1 0
Set DDRAM A A A A A A A Set DDRAM addrees en el contador
0 0 1 39µs
Addrees C C C C C C C de dirección

20


6 5 4 3 2 1 0
Whether during internal operation
Read Busy A A A A A A A
B or not can be known by reading BF.
Flag and 0 1 C C C C C C C 0µs
F The contents of addrees counter can
Addrees 6 5 4 3 2 1 0
also be read
Write Data D D D D D D D D Escribir dato en la RAM
1 0 43µs
To RAM 7 6 5 4 3 2 1 0 (DDRAM/CGRAM)
Read Data D D D D D D D D Leer dato de la RAM
1 1 43µs
From RAM 7 6 5 4 3 2 1 0 (DDRAM/CGRAM)

Tabla 2. Juego instrucciones de la pantalla LCD

2.3.7. Descripción del teclado


El teclado puede ser de dos tipos, 3x4 o 4x4. Aunque nosotros con el de 3x4 para los
teclados del módulo 1 teníamos bastante, escogemos el teclado de 4x4 ya que es del que se
dispone en el laboratorio y por lo tanto no tendríamos que comprar ningún otro teclado.

2.3.7.2. Funcionamiento del teclado

El teclado servirá para comunicarnos con el µC. La disposición de las teclas en el
teclado es la siguiente:

1 2 3 F

4 5 6 E

7 8 9 D

A 0 B C

Figura 11. Disposición teclas

En nuetro sistema hay tres teclados y la configuración de las teclas varia dependiendo
de la utilidad del teclado. La configuración de dichos teclados no influye en el funcionamiento
del teclado, ya que el µC leerá que hay una tecla pulsada y dependiendo del teclado que sea
hará una cosa u otra. Todo esto se hace por software.

21


La configuración de los diferentes teclados es:

• Teclado del monedero

5 CENT 10 CENT 20 CENT CANCELAR

50 CENT 1 EURO 2 EURO

Figura 12. Teclado monedero

• Teclado del producto modulo 1

1 2 3

4 5 6

7 8 9

ACEPTAR 0 CANCELAR

Figura 13. Teclado producto módulo 1

• Teclado del producto módulo 2

1 2 3

4 5 6 ENVIAR

7 8 9 RESETEAR

ACEPTAR 0 CANCELAR

Figura 14. Teclado producto módulo 2

22


El esquema eléctrico de estos teclados sería:

1 2 3 F

4 5 6 E

7 8 9 D

A 0 B C

4x200O Figura 15. Esquema eléctrico del teclado

Con lo cuál, al pulsar una tecla cerramos el interruptor y comunicamos la fila con la
columna, con lo cual dando la fila como entrada y la columna como salida, o viceversa, al
poner un nivel ( ’0’ o ‘1’) la salida si se pulsa la tecla tendríamos que leer el mismo nivel en la
salida.

23

Memoria descriptiva Descripción funcional de nuestro sistema

2.4. Descripción funcional de nuestro sistema

Una vez vista la descripción de los elementos que se usan para esta práctica, veremos
el funcionamiento general de todo el sistema dando sentido a todos los elementos que
componen los módulos.

2.4.1. Visión General

El objetivo de este grupo de prácticas es simular una máquina de vending, como ya se
había mencionado anteriormente. El conjunto de entradas y salidas que componen el sistema
son:

• 3 teclados.
• 2 pantallas LCD
• Circuito LED’s de cambio
• 3 pulsadores. 1 para el cambio y 2 para producto.
• Display de 7 segmentos
• Comunicación por USART entre los dos módulos

TECLADO TECLADO PANTALLA TECLADO PANTALLA
MONEDERO PRODUCTO LCD PRODUCTO LCD

PRACTICA 3 PRACTICA 2
PRACTICA 1
PEDIR CAMBIAR
TECLADO
PRODUCTO PRECIO

MODULO 1 MODULO 2
PRACTICA 5
PRACTICA 6
PRACTICA 4 COMUNICACIÓN
COMUNICACIÓN
DAR CAMBIO USART
USART

LED’s PULSADOR PULSADOR LED DAR PULSADOR LED DAR
DISPLAY
CAMBIO CAMBIO PRODUCTO PRODUCTO PRODUCTO PRODUCTO

Figura 16. Diagrama de bloques de entradas y salidas

24


Como se puede ver en el diagrama de bloque de entrada y salida el módulo 1 se
encarga de todo lo que es el control del dinero, ya que tiene las entradas y las salidas de las
monedas y se encarga de la selección del producto. Hay un pulsador de producto y el LED de
entregar el producto que se sería lo que faltaría para poder entregar los productos. Esta entrada
y salida se ha puesto para poder realizar una de las prácticas que componen el código de este
módulo.

Con este módulo podemos simular el monedero de la máquina para la entrada y salida
del dinero a introducir, revisar y controlar si se ha pagado el producto y dar el cambio si se da
el caso.
El módulo 2 se hizo para crear alguna práctica para usar la USART del µC. Lo que se a
hecho con el módulo 2 es un sistema para poder cambiar los precios de los productos en
simulación como si fuese un pequeño aparato en el que se graban los precios y que se
conectase a la máquina de vending y le transfiriese todos los precios de lo productos.

Al mismo tiempo ya que teníamos creado el módulo, lo hemos aprovechado para que
hiciese el control de productos debido a que el PIC del módulo 1 estaba saturado y pensando
en posteriores ampliaciones del sistema. La comunicación entre los dos módulos para el
control de productos se hará también por USART. Con lo cual la comunicación por USART
servirá para el producto y para modificar el precio del producto.

Para la comunicación con la USART lo suyo sería con un sistema RS232 utilizando el
chip MAX232 y un conector del tipo serie. Pero para nuestro sistema hemos pensado conectar
cruzados los pins RX y TX de los dos micros ya que con ello ahorramos dispositivos y lo
único que perdemos es calidad de transmisión, cosa que para las prácticas no es
imprescindible.

2.4.2. Funcionamiento

2.4.2.1. Funcionamiento general

El funcionamiento de esta simulación de máquina de vending, es parecido a cualquier
máquina de vending de las que existen en la calle. El sistema está esperando a que se
introduzca una moneda o que se seleccione un producto. Una vez que se selecciona un
producto se revisa si hay suficiente dinero para pagarlo y se revisa si hay producto para ver si
se ha agotado, en el caso de que todo vaya bien, pasaría a calcular el cambio, a dar el cambio
y a entregar el producto. En el caso de haber algún error durante el proceso de elegir un
producto saldrá un error por la pantalla y se cancelará el proceso.

El módulo 2 se encarga de modificar los precios de la máquina primero guardando los
datos en este módulo y por último transmitiendo todos los precios. En este módulo al mismo
tiempo que se modifican los precios también se hace el control sobre los productos, de tal
forma que cuando se tiene que pedir un producto o dar un producto se envía una señal a este
modulo y este tiene guíe responder dependiendo de si hay producto o no.

25


2.4.2.2. Funcionamiento Módulo 1

El módulo 1 está compuesto por los siguientes elementos de entrada o salida:

• El teclado que simula el monedero
• El teclado para introducir el número del producto
• La pantalla LCD
• El sistema de LED’s para devolver las monedas
• El LED de entregar producto
• El interruptor de ‘Cambio’
• El interruptor de ‘Producto’
• El conector para la comunicación con el módulo 2

Este módulo como hemos dicho anteriormente se encarga de la selección del producto
y de simular el monedero. Para ello disponemos de los dos teclados que mientras no esté
realizando otra operación estará mirando si se ha pulsado una de las teclas de cualquiera de los
dos teclados.

Si se pulsa una tecla del teclado del monedero, el µC deberá mirar que tecla ha sido la
pulsada y actuar en consecuencia. Si es la tecla de una moneda deberá incrementar la cantidad
de dinero que ha sido pagada y mostrarla por la pantalla del LCD y si se pulsa la tecla de
cancelar se tendrá que devolver el dinero que haya sido introducido hasta ese momento.

Si la tecla pulsada es del teclado producto deberá revisar si es un número o la tecla
‘aceptar’ o ‘cancelar’. Si es un número deberá procesar la tecla para conseguir el número del
producto que el usuario quiere pedir, una vez seleccionado un producto saldrá el precio por la
pantalla del LCD, dicho precio está en la EEPROM del µC y el micro esperará a que se pulse
la tecla ‘Aceptar’ o ‘Cancelar’ para seguir el proceso.

Si es la tecla ‘Cancelar’ sirve para que el usuario cancele el proceso de la selección.
Esto puede servir por si el usuario se equivoca al seleccionar el producto o ve que la cantidad a
pagar es mayor de la que ha introducido.

En el caso de que sea la tecla ‘Aceptar’ solamente la procesará cuando ya se haya
seleccionado el producto, ya que en cualquier otro caso no haría nada y esperaría otra tecla.
Cuando se haya pulsado y el producto ya se haya seleccionado, lo primero que debe hacer el
módulo es revisar si se ha pagado el producto seleccionado y después revisar si hay producto,
es decir, que no se ha agotado. En este caso lo haremos a través de la comunicación USART
que se le preguntará al otro módulo si existe el producto., también hay otra forma que se
explicará al final.

Si recibimos respuesta positiva del otro módulo conforme que hay producto,
continuaría el proceso calculando el cambio a dar y en el caso de que hubiese que dar cambio
se revisaría si existe cambio. Para ello miraría el interruptor de ‘CAMBIO’, que dependiendo
de su estado nos diría si hay cambio o no. Este sistema es una forma fácil de controlar si hay
cambio o no y se pensó pensando en algún dispositivo que calcula las monedas que quedan o

26


de alguna otra forma y que al final lo que hace es mandar una señal de aviso conforme no hay
cambio, que sería el interruptor que hemos puesto. Esta parte que revisa las monedas que hay
para cambio o el sistema que sea podría realizarse en una próxima revisión del proyecto.

Si hubiese que dar el cambio utilizaría el sistema que he diseñado para entregar las
monedas, que es un decodificador de 3 bits con LED’s, en el cual cada LED representa una de
las monedas a entregar. El micro debería calcular las monedas a devolver una a una e ir
entregándolas.

Por último debería entregar el producto que como en caso de preguntar si había
producto existen dos posibilidades, nosotros escogemos el pedir el producto al módulo 2
mediante la comunicación USART. La otra posibilidad se explicará al final junto con la
posibilidad de pedir producto.

Una vez pedido el producto, el µC se inicializará y se quedará esperando a que se pulse
una nueva tecla.

Al igual que este módulo pregunta si hay producto o da el producto comunicándose
con el otro módulo, el otro módulo puede modificar los precios de este. Lo que hace es volcar
la EEPROM del módulo 2 en este módulo, con lo cual cuando recibamos una interrupción por
recepción de datos, hay que revisar si es para modificar la EEPROM y en el caso de que así
sea, parar el proceso de dar el producto y no permitir que nadie pueda entrar monedas ni
seleccionar producto mientras se modifican los precios de la EEPROM.

En el caso de que durante el proceso de entregar el producto hubiese algún tipo de
problema del tipo que no existiese el producto seleccionado, no se hubiese pagado, no hubiese
producto o no hubiese cambio, el µC saca un mensaje por la pantalla de LCD diciendo el tipo
de error, se cancelaría el proceso, se inicializarían los registros y se quedaría esperando a que
se pulsase una tecla.

Por último, vamos a explicar la otra opción que hay para preguntar si hay precio y para
dar producto. Para preguntar si hay precio se podría hacer revisando el estado del interruptor
de producto. Este interruptor esta aquí debido a que en una de las prácticas no se utiliza la
transmisión y lo hace de esta forma para saber si hay producto. Para dar el producto hay un
LED que podemos encender cuando demos el producto. Este LED está aquí por si realizamos
la práctica 4 en la que no usamos comunicación con el otro módulo como pasaba en el caso
del interruptor del producto.

2.4.2.3. Funcionamiento Módulo 2

El módulo 2 está compuesto por los siguientes elementos de entrada o salida:

• El teclado para introducir el número del producto
• La pantalla LCD
• El sistema del DISPLAY para ver el número del producto que piden
• El LED de entregar producto

27


• El interruptor de ‘Producto’
• El conector para la comunicación con el módulo 1

Este módulo, como ya se ha dicho, se encarga de gestionar los productos y de
guardar los precios para después enviar los precios al módulo 1 y modificarlos.

El funcionamiento de este módulo es que una vez inicializado se pone a testear el
teclado de producto a la espera de que se pulse una tecla o de que se active la interrupción por
recepción de datos.

Si se pulsa una tecla del teclado el µC deberá mirar que tecla ha sido la pulsada y
actuar en consecuencia. Si se pulsa la tecla RESETEAR el programa nos debería pedir la
confirmación para borrar todos los precios que están almacenados en la EEPROM.

La tecla ‘CANCELAR’ sirve para parar el proceso de la modificación de precio y para
la confirmación de borrar la memoria. La tecla ‘ACEPTAR’ sirve para confirmar el cambio
de precio, confirmar el borrar la memoria y para comenzar la comunicación con el módulo 1
para cambiar los precios.

La tecla ‘ENVIAR’ sirve para enviar los precios guardados en la EEPROM al módulo
1 de tal forma que cuando se pulsa nos pide la confirmación y comienza a enviar los datos.

Las teclas numéricas son para seleccionar el producto al que queremos modificar el
precio y para insertar el nuevo precio.

Para modificar un precio, primero hay que seleccionar el producto y una vez que se ha
seleccionado nos presentará por la pantalla LCD el precio actual que tiene el producto y se
queda a la espera de introducir el nuevo precio. Una vez insertado el nuevo precio se debería
confirmar y entonces modificar de la EEPROM el precio del producto.

Para ver el precio de un producto se puede utilizar el mismo método que el de cambiar
el precio, con la diferencia de que una vez seleccionado el producto y salido el precio, cuando
nos pida el precio nuevo debemos cancelar el proceso con lo cual no se modifica dicho precio.

Para enviar los precios al módulo 1 hay que pulsar la tecla ‘ENVIAR’. Entonces nos
pediría la confirmación para enviar los datos. Una vez confirmada la operación comenzaría el
proceso de comunicación.

En cualquier momento se puede recibir una interrupción por la recepción de datos
debido a que el otro módulo puede peguntar si hay un producto o dar la orden de dar un
producto.

En el caso de recibir la pregunta sobre si hay un producto lo que tiene que hacer el µC
es parar el proceso de cambiar un precio y no permitir que se pueda introducir ninguna tecla
por el teclado. Después debería enseñar el número del producto por el display y revisar si hay

28


producto, lo cual se hace mirando el estado del interruptor del producto. Por último
respondería al módulo 1 diciendo si hay o no producto.

En el caso de recibir la orden de dar el producto tendría que poner el número del
producto en el display como antes y entonces encender el LED de dar producto.

En posteriores revisiones del proyecto estas salidas pueden servir perfectamente para
montar algún tipo de dispositivo, como una serie de multiplexadores, de tal forma que en vez
de leer el interruptor o encender el LED se puedan leer diferentes sensores o algo parecido.

29

Memoria descriptiva Descripción circuital

2.5. Descripción circuital

2.5.1. Introducción

En este apartado se explican los eslementos electtricos y los conectores que están en
los modulos en el siguiente diagrama de bloques veremeos los diferentes sistemas que vamos a
utilizar:

MÓDULO 1

REGULADOR CONECTOR
CONECTOR
DE TECLADO
PANTALLA LCD
TENSIÓN PRODUCTO

CONECTOR
DECODIFICADOR
PIC 16f876 TECLADO
74LS138
MONEDAS

Figura 17. Diagrama bloques esquema eléctrico Módulo 1

MÓDULO 2

REGULADOR
CONECTOR
DE
PANTALLA LCD
TENSIÓN

DECODIFICADOR
DE BCD
A 7 SEGMENTOS
7447
Y DIPLAY

CONECTOR
PIC 16f876 TECLADO
PRODUCTO

Figura 18. Diagrama bloques esquema eléctrico Módulo 2
A contiuaciuón se explican todos los bloques de cada módulo.

30


2.5.2. Circuito regulador de tensión

El circuito regulador de tensión va en lo dos módulos. Este circuito sirve, como bien
dice el nombre, para regular la tensión de entrada a 5V para alimentar el PIC y los diferentes
componentes de los módulos. El sentido de este circuito es para regular y mantener constante
la tensión de 5V independientemente de las variaciones que tengamos en la entrada del
circuito, siempre que estén entre un margen de 8 a 15V aproximadamente.

El LED que está puesto a la salida del regulador LM7805 es simplemente para ver que
el circuito está conectado

Este circuito está compuesto por:

• 2 condensadores de poliéster 100nF
• 1 condensador electrolítico 47µF
• 1 resistencia de 1kΩ
• 1 regulador de tensión LM7805
• 1 conector de 2 pins para conectar la placa a la fuente de alimentación
• 1 LED rojo de 5mm

U1
LM7805CT
LED1
J1 Vreg

IN OUT

47uF 100nF 100nF LED_red R1
C1 C2 C3 1.0kohm
HDR1X2

Figura 19. Regulador de tensión 5V

2.5.2. El microcontrolador

Recordemos las principales características de un microcontrolador. Un µC está
formado principalmente por:
• CPU (Unidad Central de Proceso), que es el microprocesador del sistema.
• Memoria de programa, que puede ser:
o ROM: Dispositivo grabado en fábrica
o EPROM: Dispositivo grabable y borrable (Mediante UV)
o EEPROM Dispositivo regrabable in-system con VPP = 12 v
o FLASH: Dispositivo regrabable in-system
• Memoria volátil de datos:
o RAM: Almacenamiento de variables del programa

31


o SFR: Special Function Registers, usados para controlar los
periféricos, configuraciones, interrupciones,...
• Memoria no volátil de datos:
o EEPROM o FLASH

• Puertos de Entrada / Salida
• Timers

El PIC que hemos elegido para montar nuestro circuito es el PIC 16F876 y consta de:
• Arquitectura Harvard (Memoria de datos y programa separados)
• Memoria de datos de 8 bit
• Memoria de programa de 14 bit
• Líneas E/S de alta corriente
• Memoria RAM de 368 Bytes
• Memoria de datos EEPROM de 256 Bytes
• Memoria FLASH de programa de 14336 Bytes (14bit*8192 word)
• 3 Puertos de Entrada / salida (1 de 6 bits, 2 de 8 bits)
• WatchDog (Temporizador especial que hace un reset periódicamente)
• 5 conversores A/D de 10 bits
• 1 Puerto Serie por comunicación asíncrona full-duplex
• Posibilidad de interrupción por el Puerto Serie

Seguidamente, vemos el esquema del patillaje del PIC 16F876

Figura 20. Esquema patillaje del PIC 16F876

Funciones de cada uno de los pins del PIC 16F876

32


Nombre del Pin Nº Tipo Tipo de Descripción
de E(4) /S(5) Buffer
Pin /P(6)
OSC1/CLKIN 9 E ST/CMOS(3) Entrada oscilador de cristal/Entrada de reloj externo

OSC2/CLKOUT 10 S - Salida oscilador de cristal. En modo RC, el pin OSC2
es la salida CLKOUT, el cual tiene una ¼ de la
frecuencia de OS1 y denota el tiempo de ciclo de
instrucción
MCLR*/Vpp 1 E/P ST(7) Entrada Master Clear (Reset) o entrada de tensión y
programación. Este pin es un RESET del dispositivo
activo por nivel bajo
PORTA es un Puerto de E/S bidireccional
RA0/AN0 2 E/S TTL(8) RA0 puede también ser la entrada analógica 0
RA1/AN1 3 E/S TTL RA1 puede también ser la entrada analógica 1
RA2/AN2/Vref- 4 E/S TTL RA2 puede también ser la entrada analógica 2 o
el nodo negativo de la referencia de tensión
analógica
RA3/AN3/Vref+ 5 E/S TTL RA3 puede también ser la entrada analógica 3 o
el nodo positivo de la referencia de tensión
analógica
RA4/T0CKI 6 E/S ST RA4 puede también ser la entrada de reloj del
Timer 0. La salida es del tipo colector abierto.
RA5/SS*/AN4 7 E/S TTL RA5 puede también ser la entrada analógica 5 o
el selector de esclavo para puerto serie asíncrono
PORTB es un puerto de E/S bidireccional. Puede ser
programado por software para habilitar pull-ups
internos en todas las entradas
RB0/INT 21 E/S TTL/ST(1) RB0 puede también ser el pin de interrupción externo

RB1 22 E/S TTL
RB2 23 E/S TTL
RB3/PGM 24 E/S TTL RB3 puede ser la entrada de baja tensión de
RB4 25 E/S TTL programación

RB5 26 E/S TTL
RB6/PGC 27 E/S TTL/ST(2) Pin de interrupción en cambio de estado
Pin de interrupción en cambio de estado

RB7/PGD 28 E/S TTL/ST(2) Pin de interrupción en cambio de estado o pin para
programación In-Circuit_Debugger. Reloj de
programación serie.
Pin de interrupción en cambio de estado o pin para la
programación In-CircuitDebugger. Datos en la
programación serie.
RC0/T1OSO/T1CKI 11 E/S ST PORTA en un Puerto E/S bidireccional
RC0 puede también ser la salida de oscilador del Timer
1 o la entrada de reloj el Timer 1
RC1/T1OSI/CCP2 12 E/S ST RC1 puede también ser la entrada del oscilador del
Timer 1 o la entrada de Captura2/salida de
Captura2/salida PWM2

RC2/CCP1 13 E/S ST RC2 puede también ser la entrada de Captura1/salida de
Captura1/salida PWM1

RC3/SCK/SCL 14 E/S ST RC3 puede también ser la entrada de reloj del puerto
serie asíncrono para modos SPI y IIC.
RC4 puede también ser la entrada de datos SPI (modo
RC4/SDI/SDA 15 E/S ST SPI) o el E/S de datos en el modo IIC

RC5/SDO 16 E/S ST RC5 puede también ser la salida de datos SPI (modo
SPI)

33


RC6/TX/CK 17 E/S ST RC6 puede también ser el pin de transmisión en
USART o el reloj asíncrono

RC7/RX/DT 18 E/S ST RC7 puede también ser el pin de recepción en USART
o los datos en modo asíncrono
Vss 8,19 P - Referencia de tierra

Vdd 20 P - Entrada de tensión positiva

Tabla 3. Funciones de los pins en el PIC 16 F876

(1) Este buffer es una entrada Schmitt Trigger cuando la configuramos como interrupción externa
(2) Este buffer es una entrada Schmitt Trigger cuando la usamos en modo de programación Serie
(3) Este buffer es una entrada Schmitt Trigger cuando la configuramos en modo oscilador RC y como
entrada CMOS
(4) E = Entrada
(5) S = Salida
(6) P = Power
(7) ST = Entrada Schmitt Trigger
(8) TTL = Entrada TTL

2.5.3. Decodificador 74LS138

Para devolver el cambio o la cantidad de dinero pagada, he pensado en un sistema en el
módulo 1 que tiene que dar una señal para cada una de las diferentes monedas que tenemos
que devolver. Las monedas para dar el cambio serán 5 (5, 10, 20 y 50 céntimos y la de 1 €)

Para no utilizar 5 salidas del µC utilizaremos una codificación para estas monedas, con
lo cual con tres salidas RA<2:0> sería suficiente y a posterior utilizaremos el 74LS138 para
decodificarlas. Las salidas del 74138 atacarán a unos LEDS que corresponden a la moneda a
entregar.

A continuación ponemos la codificación que he empleado para las monedas

RA0-RA2 MONEDA
NO
(0,0,0)
CONECTADO
(0,0,1) 5 CENTIMOS
(0,1,0) 10 CENTIMOS
(0,1,1) 20 CENTIMOS
(1,0,0) 50 CENTIMOS
(1,0,1) 1 EURO
NO
(1,1,0)
CONECTADO
NO
(1,1,1)
CONECTADO

Tabla 4. Codificación monedas

34


La tabla de la verdad del 74138 es:

Tabla 5. Tabla de la verdad del 74138

El circuito está compuesto por:

• Decodificador/demultiplexor de 3 a 8 líneas 74138
• 5 LEDS verdes de 5mm
• Resistencia SIP 1x8 de 1KΩ

El esquema eléctrico del circuito es:

LED_green
5 centimos
VDD
RA0
5V
U1
R1
1 15 LED_green
RA1 Y0
A 14 10 centimos
2

1

2
Y1
B 13
3

3
RA3 Y2
C 12
4

Y3 LED_green
11
5

Y4 20 centimos
5V 10
6

6
Y5
G1 9
7

4
Y6
~G2A 7
8

5 LED_green
Y7
~G2B 50 centimos
9

74LS138N 4.7kOhm

LED_green
1 euro

Figura 21. Esquema eléctrico del circuito

35


2.5.4. Decodificador de BCD a 7 segmentos 7447 y display

Esto se encuentra en el módulo 2. Su función es que cuando recibe el módulo 2 la
orden de dar el producto o cuando pregunta por algún producto, aparte de realizar otras
operaciones debe mostrar por los diplays el número del producto sobre el que pregunta o da.

Figura 22. Conexiones y esquema display

La tabla de la verdad del 7447 es:

Tabla 6. Tabla de la verdad del 7447

36


El circuito del 7447 y del display esta compuesto por:

• 14 Resistencias de 1kΩ
• 2 chips decodificadores de BCD a 7 segmentos 7447
• 2 Displays SA-0511

El esquema del circuito es:

VDD
5V RB2
RA4 RA3 RB1
VDD
U1 U2 5VRB3
RB0
6

1
7
4
5
3

2

6

1
7
4
5
3

2
U4 SEVEN_SEG_DISPLAY SEVEN_SEG_DISPLAY
BI/RBO
RBI OG
LT OF

D
C
B
A

74LS47N U3

BI/RBO
RBI OG
LT OF

D
C
B
A
OE
OD
OC
OB
OA

ABCDEFG ABCDEFG 74LS47N

OE
OD
OC
OB
OA
12
14
15

10
11

13
9

R1
R8

12
14
15

10
11

13
9
1.0kohm
R2 1.0kohm
R9
1.0kohm
R3 1.0kohm
R10
1.0kohm
R4 1.0kohm
R11
1.0kohm
R5 1.0kohm
R12
1.0kohm
R6 1.0kohm
R13
1.0kohm
R7 1.0kohm
R14
1.0kohm
1.0kohm

Figura 23. Esquema del circuito

37


2.5.5. El teclado

El teclado es el elemento con el cual entramos datos en el µC como hemos dicho antes.
Lo conectamos a través de un cable paralelo de 10 pins. Hay que tener en cuenta que hay tres
teclados por la tanto las conexiones son diferentes para cada uno.

Sabiendo que el esquema eléctrico del teclado es:

1 2 3 F

4 5 6 E

7 8 9 D

A 0 B C

4x200
O Figura 24. Esquema eléctrico del teclado

Vamos a explicar las conexiones de los conectores a los µC de los módulos. El teclado
del monedero tiene la siguiente configuración:

R1 R2
10kohm 10kohm

RA3 J1
RA4

RC0 RC1

RC2 RC3

HDR2X5

Figura 25. Configuración teclado monedero

38


El teclado de seleccionar producto del módulo 1:

RC0 J1 RC1

RC2 RC3

RB0 RB1

RB2

HDR2X5

R3 R1 R2
10kohm 10kohm 10kohm

Figura 26. Teclado selección producto módulo 1

El teclado de seleccionar producto del módulo 2:

RC0 J1 RC1

RC2 RC3

RA0 RA1

RA2 RA3

HDR2X5

R3 R1 R2 R4
10kohm 10kohm 10kohm 10kohm

Figura 27. Teclado selección producto módulo 2

39


Como se puede comprobar, los teclados de seleccionar producto de los módulos son
prácticamente iguales. El del monedero es un poco diferente, ya que por estética hemos
cambiado las filas por las columnas, cosa que a nivel de hardware no comporta ninguna
dificultad pero a nivel de software hay que tenerlo en cuenta para poder leer correctamente las
filas y las columnas.

2.5.6. Pantalla LCD

Tanto aquí como en el apartado anterior, vamos a explicar las conexiones del µC con la
pantalla del LCD. Para ello utilizamos un conector de 16 para cable paralelo. Las conexiones
de la pantalla al conector son las siguientes:

Figura 28. Conexiones pantalla LCD al conector

Tenemos que utilizar dos pantallas de LCD, una para cada módulo. El
esquema de conexión del módulo 1 es:
VCC
J1
RB3

RB4

RC0 RC1

RC2 RC3

RIBBON_16H

Figura 29. Esquema conexión módulo 1

40


Y el del módulo 2 es:

VCC
J1
RB4

RB5

RC0 RC1

RC2 RC3

RIBBON_16H

Figura 30. Esquema conexión módulo 2

Como se puede observar es muy parecido en los dos módulos. Lo que hay que tener en
cuenta es que como se puede comprobar, los pins DB<3:0> no se utilizan y esto ocurre porque
en vez de enviar los datos en paquetes de 8 bits, los enviamos en paquetes de 4 bits, con lo
cual se ahorra pins de salida del µC, aunque perdemos en tiempo de ejecución ya que hay que
pasar dos veces los datos para poder enviarlos.

41

Memoria descriptiva Prácticas a realizar

2.6. Prácticas a realizar

2.6.1. Introducción

En este apartado vamos a poner las prácticas que he diseñado para ser realizadas por
los alumnos. Estas prácticas se han intentado que sean lo más independientes posible del resto,
aunque si al final de las prácticas se intentan unir todas en una sola, hay que tener una serie de
factores para poder unirlas.

A continuación se exponen los enunciados de las prácticas realizadas. En ellas se
pueden observar los siguientes apartados:

• Equipos y materiales: En este apartado se dicen los materiales necesarios para la
práctica a realizar.
• Descripción del funcionamiento: Aquí vamos a dar un resumen de lo que tiene que
hacer la práctica a realizar.
• Funcionamiento del teclado: Se hace una explicación de como va el teclado y la
configuración del mismo.
• Funcionamiento del display: Se hace una breve explicación del funcionamiento de la
pantalla deLCD.
• Bases teóricas: Una explicación más detallada de lo que tiene que hacer el programa.
• Explicación del esquema eléctrico: Una breve explicación de cómo es el esquema
eléctrico.
• Resumen de objetivos: Aquí se muestran los objetivos a realizar por el alumno en la
práctica.
• Diagrama de flujo: Son los diagramas de flujo de un ejemplo de cómo podría
funcionar la práctica
• Otros: En algunas practicas se ha añadido algún otro apartado para así poder explicar
algún tipo de componente que se utiliza en ella.

2.6.2. Enunciados de prácticas

42

2.6.2.1. Práctica núm.1
Monedero
1.1 Equipos y materiales:

Para realizar la práctica utilizaremos:
• Ordenador PC
• Software MPLAB
• Teclado de 16 teclas
• Display SAMSUNG KS0070
• Cable plano de 16
• “ “ “ 10
• Cable comunicación puerto serie
• Kit MPLAB-ICD debugger
• PIC 16F876

1.2 Descripción del funcionamiento

En ésta práctica tenemos que programar el chip para simular un monedero de una
máquina de autoservicio. Para ello, el microcontrolador debe interpretar una serie de señales
que vienen de un teclado que simulará el detector de monedas de la máquina autoservicio, para
ver su funcionamiento leer el apartado 1.3.

Una vez se haya detectado una moneda, se debería incrementar el valor de dicha
moneda en un registro que nos irá diciendo la cantidad de dinero que tenemos introducido.
Este registro lo llamaremos ‘PAGADO’ y tendrá el formato que se explica en el apartado 1.5.

En éste teclado, además de las teclas que corresponden a las monedas a introducir,
también existirá una tecla que nos servirá para la devolución de la cantidad introducida, la cuál
reseteará el registro ‘PAGADO’ (del que se ha hablado anteriormente) y procederá a la
devolución del dinero.

Como en toda máquina, habrá una cantidad máxima de dinero para insertar. Ésta
cantidad dependerá del valor máximo de los precios que fijaremos o de las limitaciones de
hardware o software que tengamos. Si superamos este valor máximo, nos deberá devolver la
última moneda introducida y no incrementar el valor de lo que llevamos pagado. Para fijar
dicho valor máximo leer el apartado 1.5.

Por último, dispondremos de un display para poder ver la cantidad de dinero que
llevamos introducido. Para ver el funcionamiento del display y el formato con el que tenemos
que escribir los datos leer el apartado 1.4 y 1.5 respectivamente.

43

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