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.

Algoritmo antirrebote de pulsadores

Indagando en foros uno se da cuenta que lo que parece tan fácil como capturar la simple pulsación de una tecla conectada a un pin de un microcontrolador, en el fondo lleva consigo algunas técnica a tener en cuenta; Muchos son los que preguntan, sobretodo cuando se está iniciando en materia de programación de microcontroladores, como debería ser un buen algoritmo de antirrebote. Pues bien, en esta ocasión les traigo la implementación de la rutina escrita en CCS C para PIC16F88, que, si bien puede que no sea la mejor, es sin duda, muy funcional y práctica, al menos cumple su función a las mil maravillas. Es el modo en que hago el antirrebote en mis códigos y hasta ahora no ha fallado nunca.

La teoría es bastante sencilla, el programa espera a que se pulse una tecla, cuando detecta la pulsación guarda el número de tecla pulsada en una variable, luego comprueba que sea la primera vez que se pulsó, si es así actúa en consecuencia y si es que está pulsada desde antes, comprueba que haya pasado un tiempo determinado para volver a tenerla en cuenta. De este modo se puede hacer, por ejemplo un reloj que cuando se incremente alguno de sus parámetros, por ejemplo los minutos, y la tecla correspondiente se mantenga pulsada, luego del primer incremento comience a avanzar mas rápido.

He aquí el código en CCS C:

#include <16f88.h>
#use delay(clock=8MHz)
#use fast_io(all)
#fuses MCLR,NOPUT,INTRC_IO,NOWDT,NOBROWNOUT


#define Tec1   PIN_B0
#define Tec2   PIN_B1
#define Tec3   PIN_B2
#define Tec4   PIN_B3   //Pines del PIC correspondientes a cada tecla.

#define Nada   0  
#define Mas    1     // valores validos para Flag
#define Menos  2  

int Segs;            // Segundos.
int Minu;            // Minutos.
int Hora;            // Hora.
int Tmp;             // Temporal.
int Tecla;           // Tecla pulsada.
int anTecla;         // Tecla pulsada en la comprobacion anterior
int Tiempo;          // Tiempo transcurrido desde la ultima comprobacion
                     // de teclado.
int CuantoTiempo;    // Cuanto tiempo debe esperar para la
                     // proxima comprobacion.
int Flag;            // Flag para incrementar o decrementar
                     // el valor deseado.
int Set;             // Flag para seleccionar el valor a cambiar.

void main(){
   
   setup_oscillator(OSC_8MHz);
   
   set_tris_a(0);                // Puerto A como salida
   set_tris_b(0b00001111);       // Puerto B<7:4> salida B<3:0> entradas
   
   // Inicio Variables
   anTecla=255;
   Set=0;
   Hora=0;
   Minu=0;
   Segs=0;  
   
   
   do{   
   
      Tecla=0;
      if (input(Tec1))Tecla=1;        // Comprueba que pulsador se activó
      if (input(Tec2))Tecla=2;        // y lo guarda en Tecla
      if (input(Tec3))Tecla=3;
      if (input(Tec4))Tecla=4;        
      
      if (++Tiempo>CuantoTiempo||Tecla!=anTecla) {  // Incrementa el
                              // tiempo transcurrido, Si se pasa de
                              // CuantoTiempo o cambia el estado de
                              // de las teclas con respecto a la
                              // iteracion anterior.
Flag=Nada;                    // Limpia el flag
            
         if(Tecla!=0){                 // Si hay una tecla pulsada
            if(Tecla!=anTecla){        // si la tecla es la primera
                                       // vez que se pulsa.
               CuantoTiempo=100;       // establece el tiempo de
                                       // espera en 100.               
               if(Tecla==1){           // Si se pulsó la tecla 1
                  if(++Set>3) Set=1;   // Avanza el flag para setear
                                       // segs/minu/hora
               }
               if(Tecla==4) Set=0;     // Se pulsó la tecla 4, desactiva
                                       // el modo configuracion
            
            }else{                     // Si no es la primera vez que se
                                       // pulsa la tecla
               CuantoTiempo=30;        // la proxima comprobacion la
                                       // hará en menos tiempo.
            }
            
            if(Tecla==2) Flag=Menos;   // Si la tecla pulsada es la 2
                                       // flag de decremento
            if(Tecla==3) Flag=Mas;     // y si es la 3 flag de incremento
         }
         
         
         if (Set!=0){                  // Si está en modo configuracion
            
            if(Set==1) Tmp=Segs;       // Si se está configurando los
                                       // segundos Segs a temporal
            if(Set==2) Tmp=Minu;       // lo mismo si está configurando
                                       // los minutos
            if(Set==3) Tmp=Hora;       // o la hora
            
            if (Flag==Menos){          // si el flag es de decremento
               if(--Tmp>200)Tmp=59;    // le resta 1 al temporal si es
                                       // menor a 0 pasa a 59
               if(Set==3&&Tmp==59)Tmp=23;// Si está configurando las
                                       // horas el limite es 23
            }
            
            if (Flag==Mas){            // Si el flag es de incremento
               if(++Tmp>59)Tmp=0;      // Incrementa el temporal y si
                                       // se pasa de 59 vuelve a 0
               if(Set==3&&Tmp>23)Tmp=0;// Si configura las horas y
                                       // se pasa de 23 vuelve a 0
            }
            
            if(Set==1) Segs=Tmp;
            if(Set==2) Minu=Tmp;       // Guarda el valor temporal
            if(Set==3) Hora=Tmp;       // en donde corresponda...
         }      
         anTecla=Tecla;                // Almacena la tecla pulsada
                                       // para la próxima 
         Tiempo=0;                     // iteración, Tiempo a 0 para
                                       // volver a contar el tiempo
            
      }
      delay_ms(5);   // Entre iteración e iteración espera 5 ms que
                     // multiplicado por CuantoTiempo, es el tiempo
                     // que tarda en reaccionar a las pulsaciones y
                     // cuanto tarda en avanzar cuando se mantiene
                     // pulsado un botón.
     
   }while(true);
}

Y aquí un video del algoritmo implantado en un pseudo-reloj, en el ejemplo solo incluí la parte de los pulsadores y el display que están controlados con shift register.

Matriz de 8x8 LED controlada con 2 shift register y PIC

Muchas personas experimentan a diario con arrays de 8x8 LED y un porcentaje de esas personas reflejan sus dudas en distintos sitios desperdigados por la red destinados a este mundillo de la electrónica y los microcontroladores.

Precisamente de una duda que se me planteó hace poco por correo electrónico surgió un pequeño proyecto a modo de ejemplo de un array de 8x8 LED; El cual funciona de maravillas tanto simulado como físicamente y es por eso que lo publico en esta ocación.

Dicho proyecto está basado en una serie de artículos anteriores dedicados a los shift register, en otras palabras es una implementación de los registros para usarlos con una matriz de LED.

Aquí presento el diagrama de conexión:

El PIC utilizado en esta ocación es el PIC16F88 por ser muy fácil de implementar y contar con oscilador interno.

La línea Load se conecta al pin B0 del PIC, Clk al B1, dClm a B2 y dLin a B3.

La lista de componentes es mas cuantiosa que variada pues esta compuesta por:

R1-R8	8 x Resistencias de 220Ω
R9-R16	8 x Resistencias de 3,9KΩ
Q1-Q8	8 x Transistores BC547 o similar
	2 x 74HC595
	64 x LED rojo de 5mm brillo standard

El código, escrito en CCS C, para probar el hardware es el que sigue a continuación, solo he dejado las letras pertinentes a PICROBOT, ya que sino se hace muy largo y repetitivo para mostrarlo como ejemplo, pero desde este link te puedes descargar el código completo con las letras en mayúsculas A-Z, el .HEX, el .COF para simularlo en el ISIS de Proteus y el .DSN con el diseño.

Hay dos versiones del código en este paquete, matriz8x8Q y matriz8x8. La primera es para cuando se usen los transistores a los cátodos de los LED y la segunda si los cátodos van directamente a las salidas del registro de desplazamiento encargado de controlar las columnas.

La única diferencia entre las dos versiones es que la primer versión (Q) no invierte y la segunda si lo hace, las salidas del registro encargado de controlar las filas.

Se podría haber solucionado el problema declarando o no una macro instrucción dirán algunos, después de todo lo único que varía es un caracter de una versión a otra, pero para no confundir, y como este es un ejemplo sencillo, decidí hacerlo así. En un futuro ejemplo de la implementación tal vez incluya una macro instrucción.

/*************************************************************************
**                                                                      **
**    Ejemplo básico para controlar una matriz de 8x8 LEDs con PIC.     **
**                                                                      **
**                      (c) 2010 Gerardo Ariel Ramírez                  **
**                            picblog@hotmail.com                       **
**                       http://picrobot.blogspot.com/                  **
**                                                                      **
**************************************************************************
**                                                                      **
**  Microcontrolador: PIC16F88           Oscilador: Interno - 8 MHz     **
**          Lenguaje: CCS C                                             **
**                                                                      **
*************************************************************************/

#include <16f88.h>      // Tipo de microcontrolador
#fuses INTRC_IO,MCLR    // Oscilador interno, MCLR activo
#fuses NOPUT,NOBROWNOUT // Sin Brownout reset ni Power up timer 
#use fast_io(all)       // La configuración de los puertos solo se hace al principio.
#use delay(clock=8M)    // Velocidad del oscilador interno 8 MHz

#define Load   PIN_B0   // Load (STCP ambos integrados) B0
#define Clk    PIN_B1   // Clock (SHCP ambos integrados) B1
#define dClm   PIN_B2   // Data para las columnas (DS integrado 1) BC2
#define dLin   PIN_B3   // Data para las lineas (DS integrado 2) B3

char  Memoria[96];      // 96 Bytes para la memoria (0 - 95)
char  Visor[8];         // 8 para el visor (8 columnas)

int1  flag;             // Flags de control
int1  flag2;
int   indx;             // Indice donde almacenará las nuevas columnas.
int   line;             // Linea que a mostrar.
int   time;             // Variables para el control de
int   ptime;            // la velocidad de desplazamiento.
int   t;                // Variable auxiliar.

void CargaMem(char Ascii);
void GuardaClm(char c);

#int_rtcc
void isr(){
   int Mul=128;         // Cada vez que ocurre la interrupcion
   if(++line>7)Line=0;  // selecciona la siguiente linea, si se pasa de 7 vuelve a 0.
   
   if(++ptime>5){      // Suma 1 a ptime. Si se pasa de 20
      ptime=0;          // lo pone en 0 y suma 1 a time.
      if(++time>200){   // Si se pasa de 200
         time=0;        // lo pone en 0
         Flag=true;     // y activa el flag.
      }
   }
   
   
   for(t=0;t<8;t++){    // Bucle 0 - 7 (Lineas)
      
      output_bit(dLin,!!(Visor[Line]&Mul));  // dLin es seteado con el valor
                                             // del bit de la fila actual.     
      if (Line==t)output_high(dClm);         // Si Line es igual a t
                                             // activa el bit correspondiente
      else  output_low(dClm);                // a la columna, sino lo desactiva.
      
      output_low(Clk);  // 
      output_high(Clk); // Rota el contenido interno del 74HC595.
      
      Mul>>=1;          // Divide la mascara que compara con Visor[] (128,64,32...)
   }
      output_low(Load);
      output_high(Load);// El contenido interno del integrado pasa a las salidas.
   
}
void main(){
   int k;   
   set_tris_a(0x00);
   set_tris_b(0x00);
   for (k=0;k<8;k++){
      Visor[k]=0;
   }
   for (k=0;k<96;k++){
      Memoria[k]=0;
   }                    // Limpia la memoria y el visor
   
   flag=true;           // Activo el flag para que cargue la memoria
   
   setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);  // Configuración del Timer0
   enable_interrupts(int_rtcc);              // Interrupcion por Timer0
   enable_interrupts(global);                // Interrupciones globales
   
   do{
      if (Flag){                 // Si el flag está activado
         flag2=true;             // Activa el flag2
         
         for (k=0;k<8;k++){      // Pasa el contenido de las primeras 8
            visor[k]=Memoria[k]; // columnas en memoria al visor
         }
         
         for (k=0;k<95;k++){        // Rota el contenido de toda la memoria
            Memoria[k]=Memoria[k+1];// a la izquierda 1=1+1, 2=2+1, n=n+1...
            
            if (Memoria[k]!=0){Flag2=false;} // Si hay alguna columna que no
                                             // esté vacía desactiva el flag2
         }         
         Memoria[95]=0;             // Limpia la ultima columna de la memoria
        
        if (Flag2){                 // Si flag2 está activo            
            indx=7;                 // a partir de la columna 7 
            CargaMem("PICROBOT");   // escribe PICROBOT            
         }
         Flag=false;                // Desactiva el flag
         
      }
   }while (true);    // Bucle infinito


}

void GuardaClm(char c){
   if (indx<94){
      Memoria[indx]=c;     // Guarda la columna en la ubicación actual de memoria
      indx++;              // y aumenta el indice
   }
}


void CargaMem(char ascii){    // Carga la memoria con el caracter deseado
   switch (ascii){    
      
      case('B'):
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b01001001);
      GuardaClm(0b01001001);
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b00110110);      
      break;
      
      case('C'):
      GuardaClm(0b00111110);
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b01000001);
      GuardaClm(0b01000001);
      GuardaClm(0b01100011);
      GuardaClm(0b00100010);     
      break;

      case('I'):
      GuardaClm(0b01000001);
      GuardaClm(0b01000001);
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b01000001);
      GuardaClm(0b01000001);      
      break;  

      case('O'):
      GuardaClm(0b00111110);
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b01000001);
      GuardaClm(0b01000001);
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b00111110);      
      break;      
      
      case('P'):      
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b00001001);
      GuardaClm(0b00001001);
      GuardaClm(0b00001111);
      GuardaClm(0b00000110);      
      break;
      
      case('R'):
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b00001001);
      GuardaClm(0b00011001);
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b01100110);
      break;
      
      case('T'):
      GuardaClm(0b00000011);
      GuardaClm(0b00000001);
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b01111111);
      GuardaClm(0b00000001);
      GuardaClm(0b00000011);
      break;      
   }
      GuardaClm(0b00000000);
}

Grabador de PIC

Cuando la mayoría de la gente está empezando en la programación de PIC, casi siempre opta por comprarse el grabador, y es algo muy razonable ya que si uno no tiene demasiados conocimientos de electrónica y se construye su propio grabador y este tiene algún problema, es mas complicado saber donde está el fallo, si en el grabador, en el PIC, en la programación, etc.

Pero lo que les propongo aquí es la construcción del Programador PIC Pablin II , ya que es muy sencillo y le funciona a la gran mayoría de la gente por no decir que a todos. A este grabador se le conoce un problema y es que a veces no graba al tener poca tensión, yo lo solucioné con las recomendaciones de este artículo Programador PIC Pablin 2 Reloaded de Heli, pero aún así le encontré algunos fallos, no tantos como antes pero si que generaban contratiempos.

Ahora lo que propongo es hacer el mismo circuito, pero obtener 13V exactos a partir de cualquier fuente y para ello utilizaremos dos reguladores de tensión uno de 5V y otro de 8V conectando el GND de este último a la salida del primero.

Lista de componentes:

D1,D2	Diodos 1N4001 al 1N4007 o 1N4148
D3	LED Verde
D4	LED Rojo
R1-R6	Resistencias de 1KΩ
R7, R8	Resistencias de 10KΩ
Q1, Q2	Transistores 2N3904, 2N2222 o BC546 al BC550
IC1	Regulador de voltaje LM7805
IC2	Regulador de voltaje LM7808
IC3	Sextuple Hex inverter 74LS04 o su versión Smith Trigger 74LS14
CN1	Conector para plug de fuente de alimentación
CN2	Conector DB25 Macho
CN3	Tira de pines hembra cortada a 6 pines

El conector del ICSP aunque tenga 6 contactos solo usa 5 para que no se invierta la polaridad por error. En la placa donde se encuentra el PIC a grabar se debe quitar un contacto al conector e introducir un pin macho, soldándolo al PCB y cortarlo al raz y luego al contacto macho del grabador se le debe quitar tal pin para que entre sin problemas.

Estos son los respectivos pinout de los transistores válidos para el diseño:

Mi preferencia particular es hacer un grabador que solamente tenga ICSP (In Circuit Serial Programming) ya que podremos grabar cualquier PIC que este montado en su placa definitiva, y si lo que queremos es grabar el PIC antes de ponerlo en la placa, o la placa definitiva no tiene conector ICSP se puede hacer una placa con los 3 zócalos y agregarle el conector ICSP aparte.

A continuación, el pinout de los respectivos PIC a grabar:

PIC	PGD	PGC	VPP	5V	GND
18 pines	PIN 13	PIN 12	PIN 4	PIN 14	PIN 5
28 pines	PIN 28	PIN 27	PIN 1	PIN 20	PIN 8 y 19
40 pines	PIN 40	PIN 39	PIN 1	PIN 11 y 32	PIN 12 y 31

Personalmente siempre utilicé el programa IC-Prog pero el WinPic800 es notablemente mas rápido; para hacerlo funcionar con cualquiera de los dos programas, se debe configurar como ProPic 2 Programmer.