INCOELECTRONICA S.A.S. ¿CÓMO PROGRAMAR UN MICROCONTROLADOR CON PIC C?

ESCRITO POR

CAMILO ANDRÉS FELIPE CASTRO VARÓN

INGENIERO ELECTRÓNICO

Correo electrónico: incoelectronica@gmail.com

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Página oficial: https://sites.google.com/site/incoelectronicasas/

Página en Youtube: http://www.youtube.com/user/INCOELECTRONICA

Este artículo se basa en distintas fuentes de información, las cuales fueron citadas

correspondientemente, la redacción y edición es total responsabilidad del autor. El objetivo de

este documento es únicamente académico, si se desea ampliar información no dude en

escribirnos en nuestra página oficial, correo o alguna de las redes sociales en las que nos

encontramos adscritos. De antemano gracias por preferirnos.

¿CÓMO PROGRAMAR UN MICROCONTROLADOR CON PIC C?

PIC C es una herramienta que permite programar un microcontrolador por medio de lenguaje C, a

diferencia del lenguaje máquina o ensamblador (ASM) que se maneja por defecto, este hace los

programas más fáciles de escribir, analizar y comprender. PIC C ha sido desarrollado por PIC CMU,

y cuenta con una gran cantidad de librerías o drivers que permiten optimizar los programas en el

momento de manejar dispositivos externos, tales como pantallas LCD, memorias, conversores, etc.

Queremos destacar que el orden de este mini-tuto se basó principalmente en el libro Compilador

C CCS y simulador Proteus para Microcontroladores PIC, de Eduardo García.

Tal como se puede observar en la figura 1, el espacio de trabajo del programa consta de las

siguientes partes:

Figura 1. Espacio de trabajo de PIC C.

Fuente. Autor.

El lenguaje C es un tipo de programación que pese a ser uno de los más básicos en esta área, sigue

siendo una gran herramienta en el momento de crear diferentes rutinas para un

microcontrolador. Este lenguaje básicamente es un sistema de decisiones, por ello realizar un

diagrama de flujo antes de escribirlo es de gran ayuda (para más información visitar el enlace que

acompaña la figura 2).

Figura 2. Ejemplo de un diagrama de flujo.

Fuente. http://www.comolohago.cl/2009/06/16/como-hacer-un-diagrama-de-flujo/.

ESTRUCTURA DE UN PROGRAMA EN C

Un programa en PIC C se puede hacer de dos formas distintas, ya sea creando un proyecto o

simplemente escribiendo el código completo directamente en un archivo con extensión ".C" (más

adelante se tratará este tema), cualquiera que sea el caso que se vaya a usar, la estructura es

prácticamente la misma:

#include <16f876.h> --

#fuses XT,NOWDT,PUT,NOWRT |

#use delay(clock=4000000) |-------Directivas

#use fast_io(B) |

int1 cambio=0; |

#INT_EXT --

ext_isr() --

{ |

output_toggle(PIN_B7); |-------Función o funciones secundarias } --

void main() --

{ |

set_tris_b(0x01); //Configura el Port B |

|______________| |_______________| |

| | |

Instrucciones Comentarios |

|

output_low(PIN_B7); |

port_b_pullups(TRUE); |-------Función principal enable_interrupts(int_ext); |

ext_int_edge(L_TO_H); |

enable_interrupts(GLOBAL); |

while(1) |

{ |

} |

} --

· Las directivas dan los parámetros de control que le indican al compilador las herramientas

que el programa va a necesitar para ejecutarse adecuadamente.

· Las funciones son las rutinas que el microcontrolador ejecutará según se programe. La

función principal es la columna vertebral del programa y es la primera en ejecutarse según

su diseño, hará las llamadas correspondientes tanto a las librerías como a las funciones

secundarias. Las funciones secundarias, son aquellas subrutinas en las que se apoya la

función principal para su correcto funcionamiento, principalmente se usa para no repetir

la escritura de un código una y otra vez o por simple orden.

· Las instrucciones son el código a escribir y a compilar.

· Los comentarios se usan para aclarar ciertos aspectos de las instrucciones, es bastante útil

para recordar la estructurar y el funcionamiento de un programa hecho anteriormente o

por un tercero.

OPERADORES Y EXPRESIONES COMPATIBLES CON PIC C

No todas las funciones de lenguaje C están disponibles para la programación de

microcontroladores, por esta razón se darán a conocer los comandos disponibles y los exclusivos

para PIC C.

· Constantes: Estos son las constantes que acepta PIC C.

Tipos de datos

Definición Tipo de dato al que corresponde

123 Decimal

0123 Octal

0x123 Hexadecimal

0b011011 Binario

‘x’ Carácter

‘\010’ Carácter Octal

‘\xA5’ Carácter hexadecimal

Constantes definidas por sufijo

Definición Sufijo Tipo de dato al que corresponde

Int8 127U Entero de 8 bit

Long 80UL Variable de 8 bytes

Signed INT16 80L Entero de 16 bits con signo

Float 80F Valor de ponto flotante de 32 bits

Char Con comillas simples ‘C’ Carácter

Caracteres especiales

Definición Efecto

\n Retorno de línea

\r Retorno de carro

\t Tabulación

\b Backspace

· Tipos de datos: PIC C acepta los siguientes los siguientes tipos de datos.

Tipo Tamaño Rango Descripción

Int1 Short

1 bit 0 a 1 Entero 1 bit

Int Int8

8 bit 0 a 255 Entero de 8 bit

Int16 Long

16 bit 0 a 65535 Entero de 16 bit

Int32 32 bit 0 a 4294967295 Entero de 32 bit

Float 32 bit ±1.175x10-38

a ±3.402x1038

Coma flotante

Char 8 bit 0 a 255 Carácter

Void - - Sin valor

Signed Int8 8 bit -128 a 127 Entero con signo

Signed Int16 16 bit -32768 a 32767 Entero largo con signo

Signed Int32 32 bit -231

a +(231

-1) Entero 32 bit con signo

· Variables: La definición de las variables dentro del programa es la misma para todas:

[Tipo de variable] [Nombre de la variable]= [Valor inicial de la variable]

o El tipo de variable se refiere a las definiciones descritas en el punto anterior.

o El nombre de la variable es aquella con que el programador la identificará, esta

puede tomar cualquier valor con la condición de que no se usen espacios ni

tampoco las letras se salgan del teclado americano o los caracteres especiales, por

ejemplo, no se permite el uso de “ñ”, y si se desea definir una variable con más de

una palabra se puede escribir usando la raya al piso “nombre_de_la_variable”.

o El valor inicial de la variable puede ser cualquiera que esté dentro de los límites

del tipo de variable a usar, por ejemplo no se puede dar un valor de 260 a una

variable tipo byte. Aunque no es obligatorio darle valor a las variables, es

preferible dárselos para asegurar que el programa inicie con los valores que

queremos, existe un pequeño problema que al programar un microcontrolador sin

borrarlo primero, el número de registro que se le asigne a la variable que

acabamos de definir tenga un valor aún, esto puede provocar malestares que en el

momento de hacer las pruebas en físico, no se encuentre el error, tenga esto en

cuenta.

La única diferencia de las variables está en la posición dentro del programa en la que se

escriban, según sea esta, son de tipo global o local:

o Variables de tipo local: Aplican dentro de la función en las que sean definidas.

void main()

{

byte variable_local

}

o Variables de tipo global: Aplican para todo el programa, se pueden citar dentro de

la función principal como también en las secundarias.

byte variable_global

void función_secundaria()

{

variable_global++;

}

void main()

{

while(1)

{

función_secundaria();

}

}

Las variables se pueden definir AUTO, las cuales son aquellas que no se necesitan definir,

STATIC, variables locales que pasan a ser globales, y EXTERN, variables compiladas varias

veces.

· Operadores y expresiones: Las operaciones son aquellas usadas para cumplir con la tarea

lógica de nuestro programa ya sean sumas o restas aritméticas o lógicas, mientras que las

expresiones cumplen con la misma tarea, con la diferencia que no necesita escribir toda la

ecuación para que el programa lo entienda, por ejemplo:

o Operación => i=i+1

o Expresión => i++

Ambos tienen el mismo efecto sobre el registro “i” lo único que difieren es en la escritura

de la instrucción, como bien se puede apreciar mientras que el primer caso tiene cinco

caracteres el segundo tiene 3; aunque la diferencia no sea mucha, al momento de escribir

ecuaciones o algoritmos más y más complejos se empieza a ver la diferencia. En el

siguiente cuadro se dará a conocer los operadores y expresiones más comunes:

OPERADOR

Tipo de operador Definición Operador Descripción

Operadores

de asignación

Representan

operaciones de formas

más cortas.

+= Asignación de suma.

-= Asignación de resta.

*= Asignación de multiplicación.

/= Asignación de división

%= Asignación de resto de división.

<<= Asignación de desplazamiento a

la izquierda.

>>= Asignación de desplazamiento a

la derecha.

&= Asignación de AND de bits

|= Asignación de OR de bits.

^^= Asignación de OR exclusivo de

bits.

~= Asignación de negación de bits.

++ Asignación de incremento.

-- Asignación de decremento.

Operadores

aritméticos

Son las operaciones

básicas encontradas en

matemáticas.

+ Suma.

- Resta.

* Multiplicación.

/ División.

- Cambio de signo.

% Módulo, resta de una división

entera.

Operadores

relacionales

Comparan y dan un

resultado: 1 verdadero,

0 falso.

< Menor que...

> Mayor que…

<= Menor o igual que…

>= Mayor o igual que…

== Igual que…

!= Distinto a…

Operadores lógicos

Comparan cada registro

y realizan la operación

correspondiente.

! Negado lógico (NOT).

&& Y lógico (AND).

|| O lógico (OR).

Operadores de

manejos de bits

Hacen la misma tarea de

los operadores lógicos a

nivel de bit y solo

variables de tipo entero.

~ Negado de bits (NOT).

& Y lógico de bits (AND).

^^ O lógico exclusivo de bits (XOR).

| O lógico de bits (OR).

Operadores de

desplazamiento de

bits

Son capaces de mover

las posiciones de los bits

de un registro.

>> Desplazamiento a la derecha.

<< Desplazamiento a la izquierda.

Operadores de

dirección

Capaces de apuntar y

tomar el valor de un

puntero.

& Directo

* Indirecto

-> Puntero a estructura

· Funciones: son las encargadas de separar el programa en segmentos de códigos, como ya

se había mencionado anteriormente, existe la función principal complementada de una o

más secundarias con el fin de ahorrar líneas repetidas de instrucciones. Al igual que las

variables se deben de definir al comenzar el programa y se pueden separar en librerías o

ficheros si se desea, con la extensión “.h” o “.c”.

· Declaraciones de control: Estas declaraciones se encargan de controlar el proceso del

programa:

Sentencia Descripción Diagrama de flujo Ejemplo de código

If – else Ayuda a la toma de

decisiones.

if(A==5)

{

Decisión 1;

}

else

{

Decisión 2;

}

While

Mientras se cumpla

una condición repite

el proceso.

while(A==5)

{

Proceso;

}

Do – While

Mientras se cumpla

una condición realiza

el proceso, al menos

una vez.

do

{

Proceso;

}

while(true)

For

Repite un caso

tantas veces como

se necesite.

for(A=0;A>=5;A++)

{

Proceso;

}

Switch – Case

Toma un caso de

múltiples

posibilidades.

switch (A)

{

Case 1: Proceso 1;

break;

Case 2: Proceso 2;

break;

Case 3: Proceso 3;

break;

}

Return Devuelve los datos a las funciones.

Break Permite Salir de un bucle.

Goto Realiza un salto incondicional.

· Comentarios: Ayudan a aclarar ciertos aspectos del programa, son muy útiles en dos casos

específicos, el primero cuando se quiere retomar un programa que se tiene en espera

durante mucho tiempo (suele pasar con algunos proyectos que necesitan echarle una

repasada a algunos temas o aprender otros nuevos), y cuando se le va a dar a un tercero,

en este caso si se acompaña de un diagrama de flujo este último no se sentirá tan perdido;

no tienen ningún efecto sobre el programa. Los comentarios se pueden escribir de dos

maneras:

o Los de una sola línea: El comentario empieza con dos barras diagonales “//” y se

escribe lo que se desea. Por ejemplo:

INT Variable=0 // Se define una variable tipo INT

o Los de dos o más líneas: Usualmente para hacer extensas especificaciones del

programa, en este caso se usa un barra diagonal junto a un asterisco, al comienzo

y al final pero, en distinto orden así:

/* Este programa se encargará de controlar el movimiento

de un motor paso a paso, tenga en cuenta los transistores

en los pines de salida para evitar dañar el PIC. */

· Directivas: También conocidas como directivas de pre-procesamiento, usualmente

empiezan con el símbolo “#” sin las comillas; se usan para indicarle y definirle al

microcontrolador las tareas y registros que debe tener en cuenta para comenzar sus

rutinas de manera adecuada y óptima, existe un gran número de estas y para no citarlas

todas se mencionarán las más comunes, para mayor información recomendamos el libro

de Eduardo García y el manual de usuario del compilador PCW de CCS (lo puede encontrar

en nuestra página oficial):

o #device chip, define el micro a usar, por ejemplo:

#device 16F877A

o #fuses options, permite quemar los fusibles del microcontrolador que se van a

usar en el momento de la programación, por ejemplo:

#fuses XT, NOPROTECT, NODEBUG

o #include “Archivo”, incluye en el programa y la compilación ciertos ficheros o

librerías, es muy útil para incluir la librería del PIC a usar o de diferentes

periféricos, esto evita definir una serie de parámetros que ya están definidas en

estos ficheros:

#include “16F877A.h”

o #use delay (clock=velocidad), define la base de tiempo en los que se basará el

programa para definir la cantidad de ciclos de máquina que requiere alguna

instrucción para ejecutarse de la manera más adecuada:

#use delay (clock=4000000)

o #ASM y #ENDASM, permite insertar código ensamblador a un programa en C,

aunque no acepta todos las instrucciones que pueda disponer el PIC, si tiene los

más importantes (recomendamos nuevamente el manual de CCS). Bastante útil a

quienes apenas comienzan a migrar:

#asm

Movlw 0x8

Movwf portb

#endasm

PRIMER PROGRAMA

Anteriormente se había mencionado dos maneras de realizar un programa en PIC C, una por el

PROJECT WIZARD y otra escribiendo todo el código en un documento con la extensión “.C”, ambos

casos son útiles, el primero lo recomendamos a los principiantes, una vez se tenga dominio en los

conceptos de PIC C pasar al segundo caso, este es bastante útil en el momento de necesitar el

programa disponible en la nube o en algún medio extraíble, ya que este permite compilarse en

equipos en donde no se haya hecho el programa.

Para hacer el mini-tuto más didáctico se decidió enseñar ambos ejemplos por medio de videos,

expuestos en nuestra página en youtube, aquí dejamos los enlaces:

Creación de un programa en C para microcontrolador PIC a través del PROJECT WIZARD:

http://youtu.be/b-Q_kUv7aCw

Creación de un programa en C para microcontrolador PIC desde un archivo de extensión “.c”:

http://youtu.be/lvK81htVrhs

Ya vistos estos videos se tiene idea de lo que se va realizar a continuación, independientemente

del método adoptado para crear y compilar el programa, este último efectuará una tarea sencilla:

un contador de 0 a 999 iniciado al oprimir un pulsador, una vez termine el conteo volverá a su

posición inicial esperando a que se vuelva a repetir el proceso.

Figura 3. Diagrama de flujo del programa ejemplo.

Fuente. Autores.

Para compilar el programa se adoptará el método de un archivo con extensión “.c”, esto para que

se pueda descargar el archivo desde nuestra página web y pueda compilarse ahí mismo, como se

demostró en el otro video, el método que se usa tendrá el mismo resultado, difiere únicamente en

unas pocas líneas:

#include <16F877A.h>

#fuses XT,NOWDT

#use delay(clock = 4000000)

#include <lcd.c>

#byte porta=0x05

#byte portd=0x08

#byte trisa=0x85

#byte trisd=0x88

#byte adcon1=0x9f

char secu[10]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'};

void main()

{

byte uni,dec,cen;

adcon1=0x07;

trisa=0x01;

trisd=0x00;

lcd_init();

lcd_putc('\f');

while(true)

{

if(bit_test(porta,0)==1)

{

lcd_gotoxy(1,1);

printf(lcd_putc,"Contador ON ");

for(cen=0;cen<10;cen++)

{

for(dec=0;dec<10;dec++)

{

for(uni=0;uni<10;uni++)

{

lcd_gotoxy(16,2);

lcd_putc(secu[uni]);

lcd_gotoxy(15,2);

lcd_putc(secu[dec]);

lcd_gotoxy(14,2);

lcd_putc(secu[cen]);

delay_ms(100);

}

}

}

}

else

{

lcd_gotoxy(1,1);

printf(lcd_putc,"Contador en cero");

lcd_gotoxy(14,2);

printf(lcd_putc,"000");

}

}

}

Lo primero que puede observar es la ausencia de los comentarios en los que se han insistido

anteriormente, esto debido a que se explicará paso a paso el funcionamiento del programa y de

cada instrucción, tenga en cuenta la estructura del programa, pues es fundamental para que se

pueda compilar el programa, si no queda claro este aspecto no dude en contactarnos, con gusto

aclararemos cualquier pregunta:

#include <16F877A.h>: Esta instrucción ya se había explicado anteriormente, con esta se incluye la

librería que contiene los datos básicos para el manejo del microcontrolador, en este caso el

PIC16F877A, al programa.

#fuses XT,NOWDT: En este punto se configuran los fusibles del PIC, para el caso solamente se le

indica al microcontrolador que la velocidad máxima será de 4MHz proveniente de un cristal de

cuarzo y que no se hará uso del perro guardián o watchdog.

#use delay(clock = 4000000): Aquí se configura la base de tiempo del PIC, muchos se preguntarán

el porqué es necesaria esta instrucción, esto se debe a que PIC C genera una serie de ciclos de

máquina para hacer funcionar el microcontrolador, pero debido a que estos ciclos son

inversamente proporcionales a la frecuencia de reloj inducida al PIC (Ciclo de máquina = 4/Fosc),

no se puede poner deliberadamente x cantidad de ciclos, o sino el lenguaje C no se podría usar

para programar estos dispositivos.

#include <lcd.c>: Aunque es la misma instrucción mencionada tres puntos atrás, esta incluye otra

librería la del manejo del display LCD, así como esta se pueden incluir tantas librerías como se

necesiten sin importar si es propia o de un tercero.

#byte porta=0x05: Esta es la primera instrucción de una serie igual, esta se usa para definir

variables de tipo byte en una posición de memoria específica, ¿qué tiene de especial?,

básicamente porque define una variable importante en la posición de memoria 05h del

microcontrolador, véase la página 19 del datasheet del PIC, al igual que las instrucciones similares

siguientes.

char secu[10]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'}: Bueno este tipo de instrucción es algo avanzada,

pero no es nada del otro mundo, esta estructura define matrices, para el caso es una simple matriz

de 1x10 (una fila, diez columnas), la primera parte “char” indica que todos los datos introducidos

son de tipo carácter o char (los cuales son los que únicos que entiende, por así decirlo, el LCD); en

cuanto a “secu” es el nombre dada a la matriz, este es el referente para citarla posteriormente;

[10] es la extensión de la matriz, si se necesita más de una fila la definición es por medio de dos

números separados por corchetes cuadrados así [y][x]; y finalmente siguen los datos, estos son

separados por comas, en este caso en particular se encierran entre comillas sencillas, para indicar

que son tipo char, convirtiendo el carácter a su formato ASCII de manera transparente.

void main(): Esta es la función principal, es decir la columna vertebrar de tu programa, no importa

cuántas instrucciones y funciones se le pongan encima, C siempre comenzará por acá. Recuerden

que seguida de la función van los corchetes {}, entre estos se encierran las líneas de comandos que

la rutina ha de ejecutar.

byte uni,dec,cen: Una sencilla línea de definición de variables, en este caso tres tipo byte,

recuerden que debido a la estructura, antes de cualquier cosa dentro de una función van las

definiciones de las variables, este punto es crítico cuando se crea el proyecto por el PROJECT

WIZARD, se debe fijar que encima de las líneas creadas automáticamente en la función principal

(dentro del void) se definan las variables, de lo contrario PIC C mostrará error.

Las líneas venideras como la referente al ADCON y los TRISx demuestran la versatilidad de PIC C,

pues permite definir variables tan elementales del PIC como estas y configurarlas tal cual se haría

en ASM, y sin la necesidad de usar los comandos específicos de este lenguaje (#ASM… #ENDASM).

Posteriormente se usarán los métodos definidos específicamente para C, como el uso de

apuntadores, sin embargo, este método es más práctico en casos específicos.

lcd_init(): Esta instrucción es propia de la librería de la pantalla LCD, es usada para inicializar este

elemento, siempre se usa en las primeras líneas de la función principal.

lcd_putc('\f'): Esta línea se usa para limpiar el LCD de cualquier registro que le haya quedado de un

uso anterior, también es usada para imprimir datos o líneas de datos en el LCD.

while(true): Esta declaración genera un ciclo infinito, es decir, repite una misma rutina una y otra y

otra vez, con el fin de que el microcontrolador siempre ejecute una tarea en específico y no se

bloquee.

if(bit_test(porta,0)==1): Esta otra declaración es usada para testear o revisar el estado del pin A0

del microcontrolador, esto se puede ver por medio de su estructura; el if es la declaración de

decisión es decir, si se cumple con la condición dada entre los paréntesis se ejecuta la tarea de lo

contrario se ignora; bit_test es el encargado de revisar el pin referenciado dentro de los paréntesis

siguientes; (porta,0) referencia el pin del microcontrolador a revisar, primero se le dice que puerto

o variable debe tomar y después de la coma se pone el pin o bit a testear, y en conjunto nos dice

que el objetivo es el pin A0, de igual forma se pueden testear bits de variables definidas por el

usuario; finalmente la condición “==1” se refiere al estado en el que se debe encontrar el pin para

que se pueda ejecutar la declaración. En otras palabras, esta instrucción se puede leer: Si el pin A0

del microcontrolador está en uno haga…

lcd_gotoxy(1,1): Su objetivo es posicionar el cursor del LCD en el lugar designado por los números

entre los paréntesis, el primero posiciona el cursor en la columna y el segundo en la fila (y,x).

printf(lcd_putc,"Contador ON "): Imprime la serie de caracteres escritas entre las comillas en la

pantalla LCD.

for(cen=0;cen<10;cen++): esta es una declaración de conteo desde cero hasta 9, y cada cambio

queda registrado en la variable cen.

lcd_putc(secu[uni]): Imprime en el LCD el carácter de la matriz secu de la posición designada por el

valor de la variable uni. Es decir, si uni tiene el valor de 3, el programa mostrará el carácter de la

posición 3, que para este caso es el valor ASCII de 3; se debe tener en cuenta que si el valor de uni

apunta a una posición inexistente en la matriz el programa se bloquea completamente.

delay_ms(100): Genera un retraso de 100 milisegundos, el tiempo es determinado por el número

entre paréntesis y el acrónimo ms, también se puede usar microsegundos usando us así delay_us.

Estos tiempos no son completamente exactos pues varían según el programa, por ende si se

desean tiempos exactos se debe acudir a los Timer que posea el PIC.

else: es la otra parte de la declaración if, y se encarga de cubrir las otras posibilidades que no hace

las instrucciones dentro del if.

Esperamos que con esta detallada explicación de las instrucciones usadas en el programa ejemplo

sean de ayuda y se pueda comprender la programación en PIC C.

Finalmente y como un bonus dejamos un video tutorial para compilar programas de PIC C en el

programa oficial de Microchip:

http://youtu.be/xIozjzoKZh4

Estos son los parámetros más básicos de PIC C, en los documentos descritos en las referencias, se

puede conseguir mayor información, sin embargo la principal herramienta es la curiosidad,

cualquier duda, comentario u observación que tengan no duden en dirigirse a nuestro correo

electrónico y redes sociales, aunque no seamos los mayores expertos, también podemos aprender

con ustedes, muchas gracias por leer nuestro artículo.

REFERENCIAS

http://es.wikipedia.org/wiki/C_(lenguaje_de_programaci%C3%B3n)

http://www.aquihayapuntes.com/indice-programacion-pic-en-c.html

Compilador C CCS y simulador Proteus para Microcontroladores PIC, de Eduardo García

Manual de usuario del compilador PCW de CCS

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39582b.pdf