PIC-Cal, un PIC hecho calculadora.

... O una calculadora hecha con PIC.

En esta ocación les presento una calculadora hecha con un PIC16F88 y un módulo LCD administrado con el microcontrolador Hitachi 44780 o compatible.

Esta no es una gran calculadora, pero resuelve fórmulas algebraicas reconociendo términos y utilizando parentesis. Esta versión todavía no maneja números negativos ni decimales, ya que solo el hecho de utilizar números float32 aumenta el consumo de memoria flash del PIC desde el 60% hasta cerca del 80%. Si se quisiera hacer una calculadora mas exacta y compleja se tendría que recurrir a un PIC con mas memoria.

El proyecto es una mezcla de la práctica de varios artículos que se pueden encontrar en este blog. Ya que utiliza la librería LCDGAR.c para el display, controlado con un shift register que a su vez se usa para barrer el teclado.

El código es demasiado extenso como para publicarlo en el blog, por ese motivo es que solo dejo el link para descargar el proyecto completo en CCS C y la simulación en ISIS. De todos modos pasaré a comentarlo brevemente:

El bucle principal espera a que se pulse una tecla, cuando esto sucede actua en consecuencia de la tecla pulsada. Esta es la parte sencilla.

Cuando se pulsa cualquier tecla, que no sea el signo igual, la almacena en una cadena y si se pulsa el signo igual, resuelve. Esto en teoría también es sencillo.

Ahora la pregunta es ¿cómo se resuelve?, pues bien, las calculadoras normales van haciendo las operaciones según se las vayan ingresando. Pero sabemos que en matemáticas esto no es así, una calculadora científica, reconoce términos, y eso es lo que se pretendía resolver en este proyecto, luego se agregó el uso de parentesis, pero la forma de resolverlos es igual para ambos casos.

Supongamos que la fórmula ingresada es:

15 X 3 + 8 X 4

Para resolverlo, con lápiz y papel, no podemos hacer:

15 X 3 = 45
45 + 8 = 53
53 X 4 = 212

La forma correcta sería separandolo en términos, que es de esta forma:

15 X 3 = 45
8 X 4 = 32
45 + 32 = 77

15 X 3 + 8 X 4 = 77

Eso es lo que se pretende que haga la calculadora, para eso, una vez pulsada la tecla resolver, la secuencia es como se muestra a continucación:

Paso 1	Se recorre toda la fórmula. Si encuentra un + o un - corta la fórmula, de modo que queden tres términos y si hay mas de tres, en el último habrá varios términos.
Paso 2	Resuelve el segundo término, dejando en este el resultado.
Paso 3	Junta el primer término con el segundo en un único y primer término.
Paso 4	Resuelve el primer término, dejando el resultado.
Paso 5	Junta el resultado del primer término con el tercero en la fórmula.
Paso 6	Si todavía hay cuentas por realizar vuelve al paso 1.
FIN	Presenta el resultado en pantalla.

En la práctica para la fórmula 3 X 3 + 8 X 4 - 2 X 3, pasaría lo siguiente:

Vuelta 1	Paso 1	Recorre la fórmula buscando + y -, recortándola y dejando: Primer término: 3 X 3 + Segundo término: 8 X 4 Tercer término: - 2 X 3
	Paso 2	Resuelve el segundo término: Segundo término: 32
	Paso 3	Junta el primer y el segundo término: Primer término: 3 X 3 + 32
	Paso 4	Resuelve el primer término: 3 X 3 = 9 9 + 32 = 41 Primer término: 41
	Paso 5	Junta el primer y tercer término, en fórmula: Fórmula: 41 - 2 X 3
	Paso 6	Hay cuenta, vuelve al paso 1.
Vuelta 2	Paso 1	Recorre la fórmula buscando + y -, recortándola y dejando: Primer término: 41 - Segundo término: 2 X 3 Tercer término: (vacío)
	Paso 2	Resuelve el segundo término: Segundo término: 6
	Paso 3	Junta el primer y el segundo término: Primer término: 41 - 6
	Paso 4	Resuelve el primer término: 41 - 6 = 35 Primer término: 35
	Paso 5	Junta el primer y tercer término, en fórmula: Fórmula: 35 (No hay nada en el tercero)
	Paso 6	No hay mas cuentas, sale del bucle.
FIN	Presenta el resultado en pantalla.

Los parentesis se resuelven utilizando el mismo método, con la diferencia que utiliza el contenido de los mismos como fórmulas independientes y son las primeras en resolverse. El algoritmo detecta parentesis dentro de parentesis.

Para terminar, aclarar que el código no está pulido ni probado al 100%, de modo que puede, y debe, tener muchos bugs. Pero lo comparto por si a alguien le es útil como ejemplo. Si se encuentra algún error o alguna modificación significativa, bienvenidas serán sus sugerencias.

El primer bug que sé que va a tener, es que no se puede ingresar fórmulas de mas de 64 caracteres, y el código no tiene ningún tipo de control para evitar la catástrofe cuando se ingrese el número 65.

MAX232, conectando un PIC al ordenador

Una de las comunicaciones mas comunmente utilizadas en informática y/o electrónica es la comunicación serie, y dentro de este tipo de comunicaciones se encuentra la USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter o en español: Receptor y emisor síncrono o asíncrono universal).

El puerto serie del PC normalmente tiene 9 pines, pero la ventaja de este sistema es que se puede utilizar solo dos líneas de datos y una tercera de GND, para establecer una comunicación bidireccional. Dichas líneas de datos son TX, para transmitir y RX para recibir datos.

La conexión de PC a PC es tan sencilla como cruzar los cables TX de la PC1 se conectará a RX de PC2 y el TX de PC2 a RX de PC1, como se muestra en el siguiente diagrama:

Si bien esta forma de comuncicación quedó un poco anticuada, pero no obsoleta del todo, gracias a la aparición de tecnologías mas avanzadas como USB (Universal Serial Bus, Bus serie universal) es muy recurrida gracias a su compatibilidad, su poco requerimiento de hardware adicional y la sencillez de manejo, estos dos últimos puntos se deben, en gran parte, a que el gestionamiento se hace con hardware exclusivo.

Casi toda la gama de PIC dispone de USART, por no decir que toda la actual; Para comunicarnos con un ordenador vía puerto serie, los PIC disponen de dos pines para tal fin, estos son RX y TX que, dependiendo del modelo de microcontrolador están compartidos con otros recursos.

Ahora bien, sabemos que estos controladores manejan tensiones TTL a 5V, esto quiere decir que, para el PIC, un 0 lógico equivale a  un voltaje muy cercano o como mínimo a 0V y un 1 lógico a un voltaje de 5V como máximo.

El ordenador entiende un 0 lógico cuando la tensión en el pin correspondiente del puerto serie es de entre +3V y +15V, un 1 lógico es cuando esa tensión se encuentra entre -15V y -3V.

Esto solo puede significar algo, si bien el PIC entiende el lenguaje que habla el PC mediente el puerto serie, no se puede conectar directamente porque indudablemente algo no muy agradable le sucederá, es por ello que disponemos del archifamoso integrado MAX232.

Este integrado de 16 pines se encarga, el solo, de invertir y adaptar las señales procedentes tanto desde el PIC hacia el PC como las señales en sentido contrario.

El pinount del MAX232 es la siguiente:

El integrado dispone de 2 receiver y 2 transmitter. Esto puede ser un poco confuso a primera vista pero ya veremos que no lo es.

El primer transmisor esta conformado por T1IN y T1OUT (Pin 11 y 14 respectivamente) y el segundo lo conforman T2IN y T2OUT (Pin 10 y 7), lo mismo sucede con el receptores, el primero R1IN y R1OUT (Pin 13 y 12) y el otro es R2IN y R2OUT (Pin 8 y 9).

Ahora bien, como este integrado esta diseñado para adaptar los niveles del RS232 a los niveles TTL (y viceversa) las nomenclaturas de los pines están expresados del lado del microcontrolador, es decir que cuando se refiere a transmitter se refiere al PIC, el TX del PIC se conectará al TnIN (n es el 1 o 2), la señal TX entra en TnIN y sale por TnOUT hacia el PC. Lo mismo pasa con el receptor, la señal RX del ordenador entra en RnIN y sale hacia el PIC por RnOUT.

La conexión del microcontrolador al PC medienate el MAX232 quedaría como en el siguiente esquema:

Aparte de los pines correspondientes a las señales, el MAX232 dispone de otros, pero son solo para conectarle los componentes adicionales necesarios para su funcionamiento, veámos:

Se observa que dichos componentes no son ni mas ni menos que 5 capacitores, mas especificamente capacitores electrolíticos de 1µF y de unos 16V, si se utilizan de tantalio aún mejor.

Bueno, eso es todo por ahora, luego faltaría algún ejemplo real del manejo de RS232 en CCS C para comunicarse con un ordenador.