CONFERINŢA NAŢIONALĂ DE INSTRUMENTAŢIE VIRTUALĂ, EDIŢIA A V-A, BUCURE�TI, 20 MAI 2008 85

Interfatarea microcontrollerelor din familia MICROCHIP cu mediul de programare

LabVIEW Sorin ZAMFIRA, Octavian STEFANESCU, Doru URSUTIU, Cornel SAMOILA, Petru A. COTFAS

Abstract—In the paper we present an application to link a microcontroller from MICROCHIP, 18F452, with LabVIEW software, by serial port of a computer. It was written software for the microcontroller to communicate with the computer in a RS 232 protocol and software in LabVIEW medium. It is an analog to digital conversion application. This paper is a start one in the series dedicated to interface with embedded systems.

Index Terms—LabVIEW, PIC microcontrollers software, Serial Interface, analog to digital conversion.

—————————— � ——————————

1 INTRODUCERE

icrocontrollerele din familia Microchip sunt cu arhitectură Harvard fiind numite şi microcontrollere RISC (Reduced Instruction Set Computer).

Arhitectura Harvard este un concept mai nou decât von-Neumann. S-a născut din nevoia de mărire a vitezei microcontrolerului. În arhitectura Harvard, bus-ul de date şi bus-ul de adrese sunt separate. Astfel este posibil un debit de date mai mare, prin unitatea de procesare centrală, şi o viteză mai mare de lucru. Separarea programului de memoria de date face posibil ca mai departe instrucţiunile să nu trebuiască să fie cuvinte de 8 biţi. Un microcontroller din familia PIC foloseşte 14 biţi pentru instrucţiuni ceea ce permite ca toate instrucţiunile să fie dintr-un singur cuvânt. Este de asemenea tipic pentru arhitectura Harvard să aibă mai puţine instrucţiuni decât von-Newmann şi să aibă instrucţiuni executate uzual într-un ciclu. In figura 1 este prezentată schiţa de principiu a unui microcontroller cu elementele lui de bază şi conexiunile sale interne. Un microcontroller este deci un sistem integrat cu multiple funcţiuni pe care îl putem utiliza în operaţii de rutină dacă i se introduce un program adecvat. Programarea se face fie într-un limbaj de nivel înalt, fie în limbajul de asamblare. În ambele cazuri este necesară utilizarea unui compilator şi translatarea instrucţiunilor în limbajul cod maşină, cel pe care microcontrollerul în întelege şi ca urmare execută instrucţiunile pentru care a fost programat.

Fig. 1 Elementele de bază ale unui microcontroller şi

conexiunile sale interne

Pentru studiul aplica•iilor cu microcontrollere •i pentru în•elegerea modului de lucru cu diferite periferice, am conceput •i realizat o plac• de dezvoltare, avand la baz• un microcontroller din familia PIC al firmei Microchip de tipul 18F452. Se utilizeaz• mediul de programare MPLAB 8.0 distribuit „freeware” de către firma Microchip. Microcontrollerul se

programează “in situ” prin intermediul ICSP (In Circuit Serial

Programming) cu dispozitivul şi cablul adecvat.

2 PLACA DE DEZVOLTARE

Vederea de ansamblu a placii de dezvoltare este prezentat• în figura 2, iar schema electronic• în figura 3. Fiind conceput• mai ales cu caracter didactic, în cadrul laboratorului de optoelectronic•, s-a pus accent pe modul de programare al microcontrollerului pentru interfa•area a diferite tipuri de afi•aje matricial, cu digi•i •i LCD cu 4 linii •i 20 caractere.

M

————————————————

• Sorin ZAMFIRA, Universitatea TRASNILVANIA din Bra•ov,MFM E-mail: zamfira@unitbv.ro

• Octavian STEFANESCU, Universitatea TRASNILVANIA din Bra•ov, MFM E-mail: tavioman@yahoo.com.

• Doru URSUTIU, Universitatea TRASNILVANIA din Bra•ov, CVTC E-mail: udoru@unitbv.ro

• Cornel SAMOILA, Universitatea TRASNILVANIA din Bra•ov, CVTC E-mail: csam@unitbv.ro

• Petre COTFAS, Universitatea TRASNILVANIA din Bra•ov, CVTC E-mail: pcotfas@unitbv.ro

86 CONFERINŢA NAŢIONALĂ DE INSTRUMENTAŢIE VIRTUALĂ, EDIŢIA A V-A, BUCURE�TI, 20 MAI 2008

Placa de dezvoltare are posibilitatea de a utiliza interfe•e

de tip SPI (Serial Peripheral Interface), I2C, RS232, condi•ia fiind ca microcontrollerul s• fie programat corespunz•tor. Se pot genera semnale de tip PWM (Pulse Width Modulation) dar •i interfa•a cu senzori care comunic• pe una din c•i.

Exist• de asemenea o tastatur• de tip 4x3, butoane pentru controlul întreruperilor dar •i un buton de reset general.

Vom utiliza placa de dezvoltare pentru a o interfa•a prin intermediul serialei RS232 cu un calculator mediul de programare fiind LabVIEW.

3 MICROCONTRLLERUL PIC 18F452

Este un microcontroller cu arhitectur• Hardware, ale c•rui conexiuni externe sunt prezentate în figura 4.

Fig. 4 Schema conexiunilor externe pentru 18F452

Este un microcontroller în capsula DIP, cu 40 de pini.

Func•iunile •i semnifica•ia pinilor se g•sesc în fi•a microcontrolerului •i poate fi accesat• pe site-ul firmei Microchip.

În lucrare ne vom folosi de posibilitatea oferit• de microcontroller de a comunica pe interfa•a serial• RS232 fiind dedica•i pentru aceasta pinii RC6-TX •i RC7-RX •i de faptul c• dispune de un modul de conversie analog-digital• (ADC) cu 8 canale cu rezolu•ie de 10 bi•i. În figura 5 este prezentat modulul ADC . Modulul poate primi din exterior o tensiune de referin•• dar are •i referin•• de tensiune intern•. În lucrare am programat microcontrollerul s• achizi•ioneze pe canalul 0 cu referin•• intern• de tensiune.

FiFig. 3 Schema electronică a plăcii de dezvoltare

Fig. 2 Realizarea practică a plăcii de dezvoltare

S. ZAMFIRA, O. STEFĂNESCU, D. URSUŢIU, C. SAMOLIĂ, P.COTFAS – INTERFAŢAREA MICROCONTROLLERELOR DIN FAMILIA MICROCHIP CU MEDIUL DE PROGRAMARE LABVIEW 87

Fig. 5. Modulul de conversie analog.digital

4 PROGRAMAREA MICROCONTROLLERULUI

În faza de ini•ializare periferice se dezactiveaz• toate func•iunile care nu sunt folosite în cadrul aplica•iei, TIMER1,2,3 modulul CCP, SPI •i se programeaz• modulul de conversie analog digital• cu setarea canalelor active, alinierea rezultatului conversiei la dreapta •i timpul de conversie pe 64 de cicli. Pentru lucrul cu calculatorul se activeaz• TIMER0 dar •i întreruperile la recep•ia caracterelor pe interfa•a RS232 •i întreruperea global•. Se utilizeaz• caracterul de control, ‘\r’, pentru sincronizarea conversiei •i lucrul cu calculatorul. Citirea valorilor convertite se face în întreruperi ca urmare a trimiterii spre interfa•a serial• a caracterului de control. Rata de conversie este stabilit• de catre calculator. Programul pentru microcontroller a fost scris în limbaj C, s-a utilizat aplica•ia MPLAB a firmei Microchip, s-a compilat •i înregistrat în memoria microcontrollerului 18F452. În aceast• aplica•ie programul execut• o bucl• infinit• de conversie •i trimitere spre calculator a datelor.

5 APLICAŢIA LABVIEW

Aplicatia construita in LabVIEW const• dintr-o bucl• infinit• în interiorul c•reia se recep•ioneaz• datele pe interfa•a serial•. Se efectueaz• urm•toarele etape, conform algoritmului din figura 6 :

- pornirea buclei - trimiterea caracterului de control ‘\r’ - pornirea unui timer configurabil - dac• pân• la expirarea timer-ului nu s-a

recep•ionat nimic atunci se afi•eaz• un mesaj de eroare

- stringurile receptionate pe interfa•a serial• se convertesc la valori zecimale

- valorile convertite se afi•eaz• sub mai multe forme, (figura 7):

o grafic o bar• de valori o cadran

- se poate seta rata de conversie aceasta reprezintând timpul dintre interogari

Fig. 6 Algoritmul de lucru microcontroller - calculator

Fig. 7 Fereastra grafic• de afi•are

88 CONFERINŢA NAŢIONALĂ DE INSTRUMENTAŢIE VIRTUALĂ, EDIŢIA A V-A, BUCURE�TI, 20 MAI 2008

Fig.8 Diagrama vi

În figura 8 este prezentat• diagrama bloc a modulului utilizat pentru interfa•area cu calculatorul prin intermediul portului RS232

6 CONCLUZII

Aplica•ia prezentat• pune la dispozi•ia celor interesa•i una din modalit••ile de interfa•are dintre microcontrollerele din familia MICROCHIP cu sistemele mecatronice integrate. Este una din aplica•iile pe care studen•ii specializ•rii de mecatronic• •i-o în•usesc ca •i aplica•iie de baz• atunci când în cadrul proiectelor ei trebuie s• proiecteze •i s• realizeze punerera în practic• a cuno•tin•elor pe care ei le acumuleaz• în timpul anilor de studiu. Dezvoltarea de alte module scrise în LabVIEW a permis interfa•atea cu senzori •i traductori acestea fiind de real folos în rezolvarea unor contractelor de cercetare pe care colectivul nostru a trebuit s• le rezolve. Experien•a c•p•tat• în dezvoltarea aplica•iilor pentru diver•ii senzori •i actuatori va putea fi fructificat• •i în alte situa•ii ulterioare. Fiind o construc•ie modular• fiecare parte va putea fi integrat• pentru a fi util în aplica•ii, nu numai din domeniul sistemelor mecatronice.

ACKNOWLEDGMENT

Placa de dezvoltare cu microcontrollere din familia PIC a fost conceput• în cadrul proiectelor de diplom• promo•ia 2006 de c•tre studen•ii sec•iei de mecatronic• remarcându-se contribu•ia deosebit• a studen•ilor Octavian •tef•nescu •i Attila Cseh.

BIBLIOGRAFIE

[1] Petru Cotfas, Doru Ursutiu, Cornel Samoila "Self-Growing Remote Controlled Laboratory" Second Int. Simposium on Remote Engineering and Virtual Instrumentation REV2005, Brasov - Romania, 30 June -1 July

[2] Marian Alexandru, Petru Adrian Cotfas, "Designing and Performance Evaluation for an Indoor Location and Tracking System" International Journal of Online Engineering, Vol. 2, No. 2, 2006, ISSN: 1861-2121

[3] Daniel Cotfas, Petru Cotfas, Doru Ursutiu "The automatic monitorizing system of the global solar radiation" Second Int. Simposium on Remote Engineering and Virtual Instrumentation REV2005, Brasov - Romania, 30 June -1 July

[4] S.C. Zamfira , C. Turcu, B.C. Braun and Gheorghe Oltean, Virtual Instrumentation in Mapping the Electrical Conductivity, 4th International Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation REV2007, June 25-27, Porto, Portugal

[5] S.C. Zamfira, B.C. Braun, C. Turcu, O. Stefanescu, Comparative methods for the dimensional control, using virtual instrumentation, 4th International Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation REV2007, June 25-27, Porto, Portugal

[6] Doru Ursutiu, Initierea în Lab VIEW - Programare grafica în fizica si electronica, Editura Lux Libris, 2001

Sorin ZAMFIRA fizician (1988), Doctor în Fizică Electronică (1996), Profesor titular la Catedra de Mecanică Fină şi Mecatronică a Facultăţii de Inginerie Mecanică. A publicat mai mult de 110 lucrări în reviste şi conferinţe naţionale şi internaţionale. Este titularul disciplinelor Optică tehnică, Optoelectronică, Prelucrarea semnalelor, Controlul sistemelor. Coordonator al specializîrii de master Ingineria Mecatronică. Membru în Asociaţia de Mecanică Fină şi Optică din România, AMFOR, Societatea Română de Mecatronică, SROMECA. Octavian �TEFĂNESCU, este inginer (2006), masterand la specializarea Inginerie Mecatronică din cadrul catedrei de Mecanică Fină şi Mecatronică. A publicat un număr de 10 articole în revistele de specialitate. În prezent, este angajat al firmei PSIControl Mechatronics, Râşnov, conducătorul departamentului Cercetare Dezvoltare. Doru URSUŢIU fizician (1974), profesor la Catedra de Fizică a Universităţii “Transilvania” din Braşov. A publicat mai mult de 120 de lucrări în reviste şi conferinţe internaţionale. Coordonator sau partener în mai multe proiecte naţionale şi internaţionale (TEMPUS, Socrates, Minerva, NATO). Membru în mai multe Societăţi naţionale şi internaţionale. Organizator sau membru în Comitetul ştiinţific la mai multe conferinţe internaţionale de prestigiu. Director executiv al Centrului de Valorificae şi Transfer de Competenţă CVTC. Titularul disciplinelor de Electronică, Programare Grafică (LabVIEW), Sisteme de achizişie şi prelucrare a datelor, Senzori şi actuatori. Achiziţia de date şi simularea în chimie. Cornel SAMOILĂ este inginer (1964), profesor al Facultăţii de �tiinţa şi Ingineria Materialelor, Membru Corespondent al Academiei de �tiinţe Tehnice din Romania. A publicat mai mult de 165 de lucrări în reviste şi conferinţe naţionale şi internaţionale şi este autor şi co-autor la un mare număr de invenţii şi inovaţii. . Coordonator sau partener în mai multe proiecte naţionale şi internaţionale (TEMPUS, Socrates, Minerva, NATO). Membru în mai multe Societăţi naţionale şi internaţionale. Organizator sau membru în Comitetul ştiinţific la mai multe conferinţe internaţionale de prestigiu. Este Directorul Centrului de Valorificae şi Transfer de Competenţă CVTC de la Universitatea “Transilvania” din Braşov. Petru A. COTFAS este fizician (1998) , doctor în Stiinţa Materialelor la Universitatea “Transilvania” din Braşov. Şef Lucrări la catedra de Fizică din cadrul Facultăţii de Inginerie Tehnologică. A publicat mai mult de 40 de lucrări în reviste şi conferinţe naţionale şi internaţionale. A participat la numeroase proiecte de cercetare naţionale şi internaţionale (CNCSIS, Tempus, Socrates, …). Titular a disciplinelor de Prelucrarea numerică a semnalelor, Informatică computaţională şi Electronică medicală.