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CURSO BASEADO NO COMPILADOR LD MICRO
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
















LDmicro gera código nativo para certos microcontroladores Microchip PIC16 e Atmel AVR. Usualmente, o programa para estes microcontroladores é escrito em uma linguagem de programação como assembly, C ou BASIC. Um programa em uma destas linguagens compreende uma série de estruturas complexas e adequadas à arquitetura do processador em questão. Os PLCs (controladores lógico-programáveis), por outro lado, na sua maioria são programados em ‘ladder logic’, uma simples linguagem de programação que se parece com isso:
|| || || Xbutton1 Tdon Rchatter Yred || 1 ||-------]/[---------[TON 1.000 s]-+-------]/[--------------( )-------|| || | || || Xbutton2 Tdof | || ||-------]/[---------[TOF 2.000 s]-+ || || || || || || || || Rchatter Ton Tnew Rchatter || 2 ||-------]/[---------[TON 1.000 s]----[TOF 1.000 s]---------( )-------|| || || || || || || ||------[END]---------------------------------------------------------|| || || || ||
(TON é um temporizador para ativação, e TOF é um temporizador para desacionamento. Os elementos representados por colchetes ( --] [-- ) são entradas, como contatos de relés. Os elementos ( ---( )--- )são saídas, e podem ser, entre outras coisas, bobinas de relés a serem acionados. Existem muitas referências sobre esta linguagem na internet, dentre as quais podemos citar:
O programa é apresentado em um formato gráfico, e não como uma lista textual de elementos. Muitas pessoas acham muito mais fácil entender este tipo de programação, principalmente os principiantes.
Em níveis mais básicos, o programa se parece muito com um diagrama elétrico de reles, com contatos e bobinas. O programa torna-se bastante intuitivo para programadores que conhecem teoria de circuitos elétricos.
O compilador ladder fará os cálculos necessários para manter atualizadas as saídas. Você não terá que escrever código para determinar quando as saídas serão recalculadas e nem especificar a ordem e que estes cálculos serão executados; A ferramenta PLC fará isso por você.
LDmicro compila lógica ladder para código nativo de PIC16 e AVR. São suportados :
Se você não executar um programa existente então você iniciará a construção de um programa novo, com uma linha (degrau) vazia. Então você pode adicionar uma instrução: por exemplo, você pode adicionar um conjunto de contatos (Instruction -> Inser Contacts) denominados ‘Xnew’. ‘X’ significa que o contato é ligado fisicamente a uma entrada do microcontrolador. Você poderá associar o pino correto posteriormente, após escolher o microcontrolador e finalizar os contatos do diagrama. A primeira letra do nome de um elemento indica que tipo de objeto se trata. Por exemplo:
Escolha o resto do nome de acordo com a função do objeto, tendo certeza que o nome é único no programa. Objetos com o mesmo nome referem-se ao mesmo objeto (lembrando que Xnome e Ynome não são o mesmo nome, e portanto são objetos diferentes). Por exemplo, se você tiver um erro ao ter um TON delay chamado ‘Tdelay’ e um TOF delay chamado ‘Tdelay’ no mesmo programa, haverá problema pois os elementos utilizarão o mesmo “contador” no programa. Por outro lado, às vezes isso é necessário, como no caso de haver um RTO chamado ‘Tdelay’ e uma instrução RES (reset) associada a mesma variável ‘Tdelay’ para causar o reset deste temporizador retentivo.
O nome das variáveis pode ser composto por letras, números e “underscores” (_). O nome das variáveis não podem iniciar com números, e é diferenciado maiúsculas de minúsculas.
As instruções para variáveis (MOV, ADD, EQU, etc.) podem trabalhar em variáveis com qualquer nome. Isso quer dizer que estas instruções também podem acessar contadores e acumuladores. Isso pode ser bastante útil, principalmente no caso de comparação de contadores ou temporizadores com uma determinada faixa de valores.
Variáveis são sempre inteiros de 16 bits com sinal. Isso significa que a faixa suportada é de -32768 a 32767. Você pode atribuir a estas variáveis valores constantes, caracteres ASCII (‘A’, ‘z’) sempre colocando o caractere entre aspas simples.
Na parte de baixo da tela, você poderá ver uma lista de todos os objetos do programa. Esta lista é automaticamente gerada a partir do programa. Não é necessário atualizada manualmente. Muitos objetos não precisam de nenhuma configuração. Objetos do tipo ‘Xname’, ‘Yname’ e ‘Aname’ sempre precisam ser associados a pinos do microcontrolador. Mas primeiro, escola o microcontrolador a ser utilizado, usando (Senttings -> Microcontroller). Então associe seus pinos de I/O clicando duas vezes sobre o item da lista.
Você pode modificar o programa inserindo ou apagando instruções. O cursor piscante no programa indica a instrução e o ponto de inserção. Se ele não estiver piscando, então pressione ou clique em uma instrução. Quando estiver selecionada, a instrução pode ser apagada, podem ser inseridas novas instruções (à direita, esquerda) em série ou (acima e abaixo) em paralelo. Algumas operações não são permitidas. Por exemplo, não podemos inserir instruções à direita de uma bobina (coil).
O programa inicia com um único degrau (linha). Você pode adicionar mais linhas selecionando as opções “Insert Rung Before” e “Insert Rung After” no menu EDIT.
Assim que você terminar de escrever um programa, você pode testá-lo na simulação, e então gerar o arquivo HEX para transferir à memória ROM do microcontrolador.
Para entrar no modo simulação, escolha SIMULATE -> SIMULATION MODE ou pressione CTRL + M. O programa irá ficar diferente em modo de simulação (outras cores, e sem cursor). As instruções ativas (energizadas) aparecerão em uma cor mais intensa, e as instruções inativas aparecerão em uma cor mais fraca. Pressionando a barra de espaço, a simulação ocorrerá em um ciclo. Caso queira realizar a simulação em modo contínuo, escolha SIMULAR -> START REAL-TIME SIMULATION ou pressione . As linhas do programa irão ser atualizadas conforme as modificações provenientes da lógica do programa ocorrerem.
Você pode mudar o estado das entradas do programa pressionando um “duplo click” na lista na parte inferior da janela, ou dando um “duplo click” sobre o contato na janela do programa.
O objetivo final do processo é gerar um arquivo HEX, que pode ser transferido para a memória do microcontrolador. Primeiramente, precisamos selecionar o tipo de microcontrolador, na opção SETTINGS -> MICROCONTROLER. Então você pode associar um pino de I/O para cada objeto. Faça isso clicando duas vezes sobre cada elemento “not assigned” da lista que há na parte inferior da tela. Surgirá uma janela de seleção contendo os pinos não alocados até o momento.
Então você deverá selecionar o tempo de ciclo desejado para o processo em questão, e também definir qual o CLOCK do sistema para que os temporizadores sejam incrementados corretamente. Geralmente o tempo de ciclo padrão de 10ms é suficiente para a maioria das aplicações. Estas opções são modificadas no menu SETTINGS -> MCU Parameters...
Agora você pode gerar código para seu programa. Escolha COMPILE -> COMPILE, ou COMPILE -> COMPILE AS... caso deseje gerar o programa HEX com outro nome. Se não houver problemas ou erros, o LDMICRO irá gerar o arquivo HEX para posterior programação do microcontrolador escolhido.
Use um programador qualquer adequado ao seu hardware para transferir o arquivo HEX para o microcontrolador. Lembre de definir os bits de configuração (fuses). Para o PIC16, os bits de configuração estarão incluídos no arquivo HEX, e muitos programas de programação vão selecionar estes padrões adequadamente de forma automática. Para processadores AVR, você deve definir os bits de configuração manualmente.
> CONTATO, NORMALMENTE ABERTO Xname Rname Yname ----] [---- ----] [---- ----] [---- Tecla de atalho : C Pode ser aplicado à : Pinos de entrada, Pinos de saída e Relés internos
Se o sinal da instrução (contato) é falso, a saída de sinal também será falsa. Interprete como uma chave com conexões em contato normalmente aberto, que quando acionado fecha o circuito.
> CONTATO, NORMALMENTE FECHADO Xname Rname Yname ----]/[---- ----]/[---- ----]/[---- Tecla de atalho : C Pode ser aplicado à : Pinos de entrada, Pinos de saída, Relés internos Se o sinal entrar de entrada for falso, a saída é verdadeira. Se o sinal de entrada for verdadeiro, a saída é falsa. Entenda como uma chave com conexões em
> RETARDO NO DESLIGAMENTO (TURN OFF DELAY) Tdoff -[TOF 1.000 s]-
Quando o sinal vindo da instrução muda de LIGADO para DESLIGADO, o sinal de saída ainda permanecerá ativado por N segundos antes de desativar. Quando o sinal vindo da instrução mudar de DESLIGADO para LIGADO, a saída irá mudar para LIGADO imediatamente. O temporizador é reiniciado sempre que a entrada mudar para nível DESLIGADO. A entrada precisará estar desativada pelo tempo determinado para que a saída mude para estado FALSO. O tempo (N) é configurável. A variável ‘Tdoff’ é uma variável contadora crescente que inicia em zero, e incrementa em unidades de tempo de ciclo. É possível manipular esta variável de tempo através de instruções de manipulação de dados, como a instrução MOV.
> TEMPORIZADOR RETENTIVO (RETENTIVE TIMER) Trto -[RTO 1.000 s]-
Esta instrução está associada ao tempo de duração do pulso da entrada. Se a entrada permanecer ligada por mais de N segundos, a saída será ativada. Em outro caso, a saída permanecerá falsa. A entrada precisa permanecer acionada por, no mínimo, N segundos para ativar a saída, que uma vez ativada, assim o permanecerá até que a variável ‘Trto’ em questão seja reiniciada, ou através de uma instrução manual de reset. É possível manipular o estado da variável contadora de tempo através de instruções de manipulação de memória, como a instrução MOV ou RESET.
> RESET Trto Citems ----{RES}---- ----{RES}----
Esta instrução reinicia um timer ou contador. Retardos do tipo TON e TOF são automaticamente reiniciados quando as suas entradas mudarem de estado, mas o temporizador retentivo não. O temporizador RTO, contadores CTU e CTD não são reiniciados automaticamente, e devem ser reiniciados manualmente usando a instrução RES. Quando a entrada é verdadeira, o contador ou timer associado é reiniciado. Esta instrução necessita ser a instrução mais a direita no degrau ladder produzido.
Esta instrução produz, por padrão, saída DESLIGADA. Se o sinal de entrada mudar durante o processo de DESLIGADO para LIGADO a saída será ativada. Isso gera um pulso de um ciclo na saída, e pode ser usado para disparar eventos baseados na borda de subida de um sinal.
Esta instrução produz, por padrão, saída DESLIGADA. Se o sinal de entrada mudar durante o processo de LIGADO para DESLIGADO a saída será ativada. Isso gera um pulso de um ciclo na saída, e pode ser usado para disparar eventos baseados na borda de descida de um sinal.
A condição de saída de um CIRCUITO FECHADO é sempre igual a sua condição de entrada, e o estado do sinal da saída de um CIRCUITO ABERTO é sempre desligado. Isso pode ser útil para depurar o programa em situações de análise e teste.
Por padrão, todos os degraus tem condição de entrada LIGADA. Este relé principal realiza controle esta entrada, e pode desativar estas entradas. Dentro do ciclo do programa, podem ser adicionadas instruções para ativação e desativação parciais do MASTER RLY, sendo isso bastante útil para depuração.
> MOVE {destvar := } {Tret := } -{ 123 MOV}- -{ srcvar MOV}-
Quando o sinal de entrada desta instrução for LIGADO, a variável de destino será carregada com o valor da variável de origem ou da constante. Se o sinal de entrada estiver DESLIGADO, nada acontece com a variável. Você pode utilizar a instrução MOVE com qualquer variável, incluindo contadores e temporizadores. Esta instrução precisa ser a mais a direita no degrau de instruções.
> OPERAÇÃO ARITMÉTICA {ADD kay :=} {SUB Ccnt :=} (ARITHMETIC OPERATION) -{ 'a' + 10 }- -{ Ccnt - 10 }-
{MUL dest :=} {DIV dv := } -{ var * -990 }- -{ dv / -10000}-
Quando o sinal de entrada desta instrução é verdadeiro, a variável de destino é carregada com o resultado da expressão. Isso pode ser realizado também em variáveis de contagem e temporizadores. Estas instruções aritméticas utilizam um processamento aritmético de números 16 bits com sinal. Cada ciclo de processamento desencadeia uma operação aritmética, caso o sinal de entrada esteja verdadeiro. Se você usar esta instrução para incrementar ou decrementar uma variável, e isso estiver associado a um sinal de entrada (tipo um botão), use a instrução de borda de subida ou descida para que o incremento ou decremento ocorra somente em uma operação por pulso de entrada. A divisão é truncada, e não arredondada. 8 / 3 resulta em 2. Esta instrução precisa ser a mais a direita no bloco (degrau) em uso.
> COMPARAÇÃO (COMPARE) [var ==] [var >] [1 >=] -[ var2 ]- -[ 1 ]- -[ Ton]-
> [var /=] [-4 < ] [1 <=] -[ var2 ]- -[ vartwo]- -[ Cup]-
Se o sinal de entrada para esta instrução é DESLIGADO, então a saída também é DESLIGADA. Se o sinal de entrada for LIGADO, então a saída será LIGADA se e somente se a instrução de comparação for verdadeira. Esta instrução pode ser usada para comparação (igual, maior que, maior e igual, diferente, menor que, menor e igual) entre variáveis, ou para comparar uma variável com uma constante numérica de 16 bits.
> (CONTADOR) COUNTER Cname Cname --[CTU >=5]-- --[CTD >=5]--
Um contador incremental (CTU, conut up) ou decrementa (CTD, count down) é associado à deteção de borda de uma determinada condição de entrada. O sinal de saída desta instrução é verdadeiro caso o valor do contador tenha atingido o valor limite. Você pode utilizar instrução de incremento (CTU) e decremento (CTD) com variáveis de mesmo nome, e a instrução RES para reiniciar o valor do mesmo.
> A/D CONVERTER READ Aname --{READ ADC}--
LDmicro pode gerar código para usar o conversor A/D embutido em certos microcontroladores. Se a condição de entrada para esta instrução é LIGADO, então será obtida uma simples amostra do conversor A/D e isso é armazenado na variável chamada ‘Aname’. Testa variável pode ser manipulada com operações genéricas, como comparação e atribuição. Associe o pino à variável ‘Axxx’ da mesma forma que é associado um pino de entrada/saída digital, clicando duplamente na parte inferior da tela. Para todos os microcontroladores suportados atulamentente, Entradas de 0 Volts corresponde ao valor 0, e uma entrada na tensão máxima do sistema (Vdd) corresponde ao valor 1023 (AD de 10 bits). O software não irá permitir que você associe pinos que não sejam entradas anlógicas às mesmas. Esta instrução precisa ser a mais a direita no degrau em uso.
> SET PWM DUTY CYCLE duty_cycle -{PWM 32.8 kHz}-
LDmicro pode gerar código para usar o periférico PWM embutido em certos microcontroladores. Se a condição de entrada desta instrução for verdadeira, então o duty cycle do periférico PWMW é definido com o valor da variável duty_cycle. O duty cycle precisa ser um número entre 0 e 100, onde 0 corresponde a “sempre desligado”, e 100 corresponde a “sempre ligado”. (Se você está familiarizado com o procedimento que os periféricos PWM utilizam, deve ter percebido que o LDmicro fará a conversão proporcional do número 0 a 100 em valores binários correspondentes para os períodos de clock necessários). Você pode especificar a freqüência, em Hz. No entanto, a freqüência que você especificar pode não ser a exata a ser utilizada, dependendo dos divisores internos do microcontrolador e da freqüência de clock utilizada por este. Se você tentar definir um valor fora da faixa permitida, o LDmicro irá alertá-lo. Esta instrução precisa ser a mais a direita no degrau em uso.
> MAKE PERSISTENT saved_var --{PERSIST}--
Quando a instrução de entrada é LIGADA, isso fará com que determinada variável seja salva na EEPROM. Isso significa que o valor persistirá quando o sistema for desativado (desconectado da energia elétrica). Não é necessário declarar o local onde a informação será gravada, isso ocorrerá de forma automática, e a variável será automaticamente carregada quanto o sistema for reiniciado. Se o sistema abusar deste recurso, gravando muito freqüentemente na eeprom, então este recurso pode ser danificado, pois muitos sistemas garantem um limite de 100000 gravações somente. Esta instrução precisa ser a mais a direita no degrau em uso.
> UART (SERIAL) RECEIVE var --{UART RECV}--
LDmicro pode gerar código para usar a UART embutida em certos microcontroladores. Nos AVRs com várias UARTs, sometne a UART1 (não UART 0) será suportada. Configure a taxa de transferência (baud rate) usando a opção “Settings MCU Parameters. Certas taxas podem não ser aceitas em certas faixas de freqüência de clock. LDmicro irá alertá-lo, neste casos. Se a condição de entrada desta instrução for DESLIGADO, então nada irá ocorrer. Caso contrário a instrução tentará receber um simples caracter da UART. Se nenhum caracter for lido, então a condição de saída será FALSO. Se um caractere for lido, então o mesmo será armazenado na variável ‘var’ e a condição de saída da instrução será LIGADO (por um único ciclo de execução).
> UART (SERIAL) SEND var --{UART SEND}--
Se a entrada desta instrução estiver DESLIGADA, então nada acontecerá. Se a condição estiver LIGADA, a instrução irá enviar um simples caractere na UART. O valor ASCII do caractere a ser enviado deve ter sido previamente armazenado na variável ‘var’. A opção de saída do degrau será LIGADA enquanto a transmissão estiver ocorrendo, e DESLIGADO quando o processo terminar. Lembre que o caractere toma algum tempo para ser transmitido. Verifique a condição de saída para se certificar que o processo de transmissão do primeiro caractere terminou antes de enviar um segundo. Veja também a instrução FORMATTED STRING OVER UART, que é muito mais prática e fácil para enviar grandes trechos de dados.
> FORMATTED STRING OVER UART var -{"Pressure: \3\r\n"}-
Quanto esta instrução é utilizada (com sinal de entrada LIGADO), ela começa a enviar uma seqüência de caracteres (STRING) através da porta serial. Na string, onde houver a seqüência \3, será substituída pela variável em questão. O significa que o valor irá tomar exatos 3 caracteres; Por exemplo, se a variável ‘var’ estiver comportando o valor 35, então a string exata que será enviada seriá: ‘Pressure: 35\r\n’ (observe o espaço extra antes do número). Se, por outro lado, a variável ‘var’ poderá assumir número de mais dígitos, como por exemplo o número 1432, então deverá ser mudada esta definição. Será necessário usar o ‘\4’. Se a variável em questão poderá assumir valores negativos, use ‘-3d’ ou ‘-4d’. O dígito aparecerá somente quando os valores forem negativos. Para valores positivos, o sinal será substituído por um espaço. Se múltiplas strings formatadas forem acionadas simultaneamente (ou se uma for acionada antes de outra terminar), ou se estas instruções estiverem sendo usadas simultaneamente com instruções UART TX, o resultado poderá ser indefinido. Isso é permitido para que possa ser enviada uma simples string de dados, e pelo programa, disparar, em seqüência, os dados em outra linha. Use o caractere especial ‘\’ para exibir uma contrabarra. Abaixo a lista de caracteres especiais que podem ser usados:
A saída desta instrução é verdadeira enquanto ela estiver transmitindo dados. Esta instrução consome muita memória de programa, e deve ser usada com cuidado. Na implementação atual do LDMicro, esta função não é muito otimizada consumindo muito recurso de processamento.
Lembre que o LDmicro realiza somente instruções matemáticas com inteiros de 16 bits. Isso significa que o resultado final de qualquer cálculo que for realizado deverá ser um valor inteiro entre -32768 e 327667. Isso também quer dizer que valores intermediários de cálculos também devem permanecer nesta faixa. Por exmeplo, supondo que você queira calcular y = (1/x)*1200, onde x é um valor entre 1 e 20. Então y poderá valer 1200 a 60, armazenados em uma variável inteira de 16 bits. Para isso ser calculado, teoricamente há duas maneiras de se escrever o código:
|| {DIV temp :=} || ||---------{ 1 / x }----------|| || ||