Cómo aprender a usar el puerto USB con PIC 18F4550 y Visual Basic 6.0

 

Aquí presento un proyecto que realicé para entrar en el mundo de la electrónica del USB. Es algo para ahora y para el futuro. Hay poca información en Internet.

La conexión USB a la PC, es similar a la de la vieja conexión serie. Para el uso que a mí me gusta darle, lo que hace el USB, es pasar al PIC o recibir en la PC, una cadena, un string, mediante la cual se pasan y reciben números con datos u órdenes que el PIC o la PC interpretan y ejecutan. Así de simple.

 

El Firmware del PIC tiene dos partes: 1) Conecta al PIC - PC y mantiene la conexión, verificándola continuamente, para detectar que no se haya cortado y 2) Ejecuta las órdenes recibidas y envía datos u órdenes a la PC. Esta parte es exactamente la misma que si estuviéramos trabajando con una conexión serie o paralela a la PC. Es más, a cualquier programa que tengamos que se conecte en serie o paralelo a la PC, podemos convertirlo a USB, también con un PIC 18F4550. Si quieren saber de esto, vean en esta dirección.

En esta dirección pueden bajar un archivo ZIP con la información, completa, Firmware fuente y archivo.HEX; Programa en Visual Basic 6.0, archivos fuentes y archivo.EXE, esquema, Bootloader, cargador de archivos.HEX en el PIC, artículos de Internet sobre USB, programa para grabar el Bootloader en el PIC, y seguro mucho más.

En esta dirección pueden bajar un archivo ZIP con la información, completa, Firmware fuente y archivo.HEX; Programa en Visual Basic 6.0, archivos fuentes y archivo.EXE, esquema, Bootloader, cargador de archivos.HEX en el PIC, artículos de Internet sobre USB, programa para grabar el Bootloader en el PIC, y seguro mucho más, de otro proyecto USB, controlado por un programa en PC hecho en Visual C, que trabaja con Framework 2.0. Viene a ser mucho mas avanzado que el artículo de arriba, ya que el Framework viene incluído en la nuevas versione de Windows, como el Vista y el 7. Pero a mí me tira el Visual Basic 6.0... ¿¿vió??

Para empezar encontré este circuito:

 

Circuito 18f4550 completo

Hay otros circuitos parecidos en Internet y en el datasheet del PIC. Se puede obviar la parte del circuito de temperatura que se puede reemplazar por otros sensores más simples, manejables por el ADC. Tiene además salida por puerto serie, que no uso, por ahora.

Todo el manejo del USB es muy complicado, pero con paciencia todo se aprende. Es más simple que se lo que se muestra en libros. El método que les muestro se podría llamar de "recortar y pegar". Consiste en recortar y pegar sobre la base de un programa tipo y muy general, para adecuarlo al uso que necesitemos darle.

Dicho de otra manera, en el Firmware tenemos dos secciones o partes: 1) La sección que se encarga de conectar la PC al PIC mediante el USB y luego de efectuada la conexión, contínuamente verifica que la conexión no se ha cortado. Esta sección está en main.c, y casi no se debe modificar para crear un nuevo programa. 2) La sección específica para realizar las tareas que deseamos. Esta sección es muy parecida a la que tendríamos si manejáramos una conexión serie o paralela. Es la que deberemos modificar para adaptarla a nuestras necesidades o a nuestros gustos de diseño de programas.

En esta dirección de Microchip se encuentra toda la información referida a USB.

 

Firmware

Es el programa para el PIC. Está hecho en MPLab IDE compilado con C18 para MPLab IDE. Es gratis. Bajar de esta dirección, el MPLab IDE y aquí el Compilador C18. Hay una versión gratis por 60 días y más.

Microchip ofrece muchos ejemplos de Programas y Firmware. Bajarlos de MCHPFSUSB Framework v2.4. Bajar la versión correspondiente a PIC18F (8bit) e instalarla en el directorio que prefieran.

Allí hay muchísimos ejemplos muy muy complicados porque están preparados para usar con muchos PIC 18F y 24F, y para distintos modelos de plaquetas que vende Microchip.

De todos ellos usé como base el “USB Device - MCHPUSB - Generic Driver Demo”

En los archivos que se pueden modificar por el usuario (Ojo, no tocar los otros porque todo dejará de funcionar), yo traté de limpiar todo lo que no tenga que ver con PIC18 y con la tarjeta PICDEM FSUSB de Microchip.

Los que no hay que tocar, están en el directorio Microchip y sus subdirectorios. Yo los puse en el subdirectorio USB del Firmware

Para entrar en el USB tuve que aprender lo mínimo de C, C++, C18 y MPlab. Me llevó un par de meses. (Luego seguimos con el programa para PC)

Con respecto al USB, hay varias formas de comunicarlo con la PC, tales como HID (Mouse y teclados), CDC (Clase genérica de transferencia de datos), BULK (Transferencia de archivos grandes), COM (Emula un puerto serie virtual).

Todos se pueden probar con lo que está en los ejemplos de Microchip, tanto de Firmware como de Software (Programas para PIC y PC). Elegí y experimenté con CDC y COM Virtual, que son los que me sirven para conectar la PC con desarrollos electrónicos para control. Este trabajo se basa en el “CDC (Generic Driver Demo)”.

Una precaución a tomar: El Firmware está armado con distintos módulos: uno para cada tarea a realizar. Todos los módulos están en Tareas.c. En Main.c está todo lo necesario para que funcione el USB. Recomiendo fuertemente que antes de realizar cualquier modificación al Firmware, sobre todo las del Main.c, que guarden una copia de Back Up, en un directorio distinto al de trabajo. Guarden copia de todo el proyecto, completo. Ocurre que ante cualquier modificación mínima, que esté equivocada, el USB dejará de conectarse, y se quedarán sin poder hacer nada y sin ninguna indicación posible relativa al error cometido. Simplemente se muere todo, y lo único posible de hacer es volver a nuestra copia de Back Up.


Programa

Para la clase USB COM serie virtual se puede usar el Visual Basic 6.0 o el Visual C++. El primero es muy fácil de usar, pero no hay ejemplos en Microchip. Encontré ejemplos básicos en Internet, que los pude aplicar. Aquí está lo que pude desarrollar.

Para la clase CDC, no se puede usar Visual Basic 6.0 porque los programas de Microchip usan MPUSBapi.dll, que requieren el Microsoft.Net Framework 2.0, por lo tanto se deben usar Visual Basic.Net o Visual C++.

El programa, y el Firmware que lo acompaña, hacen lo siguiente:

  1. Prenden y apagan 4 LEDs, de a uno, con botones en pantalla. Aplicación: Prender y apagar motores de cualquier potencia, conectar y desconectar válvulas de cualquier tipo, iluminación, seguridad, CNC.
  2. Prenden LEDs 3 y 4 por medio de dos pulsadores. Se apagan con los botones. Aplicación: Prender y apagar motores de cualquier potencia, conectar y desconectar válvulas de cualquier tipo, iluminación, seguridad, CNC.
  3. Mide la tensión caída en una resistencia variable (Uso del ADC) y la indica en una barra y en pantalla. Aplicación: Uso de cualquier tipo de sensor que entregue una señal de corriente contínua, de cualquier tensión, para controlar cualquier proceso. Usar potenciómetros en paneles, que permitan variar analógicamente variables del proceso, o sea fijar valores de variables del proceso.
  4. Mide la temperatura y la indica en pantalla. Aplicación: Uso de cualquier tipo de sensor que tenga conexión serie con el PIC. Pueden ser distintos tipos de conexión serie, que se pueden ver en la hoja de datos del PIC.
  5. Muestra Conectado/ desconectado. Aplicación: Recibir indicaciones del estado de las distintas variables del proceso bajo control.
  6. Recibe texto cuando se presionan los pulsadores. Aplicación: Recibir indicaciones del estado de las distintas variables del proceso bajo control y de los pulsadores accionados.
  7. Maneja una salida PWM, que varía la tensión sobre un LED. Aplicación: Entregar una señal de tensión variable que pueda manejar cualquier accionamiento proporcional, controlado por una tensión de corriente contínua.
  8. Maneja una salida PWM como generador de frecuencia. Aplicación: Controlar por ejemplo, velocidad en motores de corriente alterna, por medio de la variación de frecuencia.
  9. Conectarse vía puerto serie, con la PC. Aplicación: Conectarse vía puerto serie con otros PICs u otros dispositivos, de cualquier tipo.

Con estas aplicaciones, se puede programar con la computadora y el PIC 18F4550 cualquier proceso industrial, de robótica o lo que se nos ocurra. Para robótica se implementan salidas PWM con facilidad.

Usé el PIC 18F4550 porque tiene muchísimas prestaciones y solo cuesta alrededor de 13 dólares, mucho menos que un convertidor ADC rápido de 8 Bits. Este PIC trabaja a 48 mega Hertz y el ADC es de 10 Bits. Tiene 35 entradas/ salidas.

 

Bootloader

Es un Firmware, que se graba con un grabador convencional, en las primeras 0x800 o 0x1000 posiciones de memoria del PIC. El Bootloader permite que el Firmware importante del Pic se grabe con la computadora, muy fácilmente, después de las direcciones mencionadas. El Bootloader lo provee gratuitamente MIcrochip.

El Bootloader.hex está en el adjunto del programa y el archivo fuente está en MCHPFSUSB Framework v2.4.

 

Grabado del Firmware con Bootloader

Una vez hecho el Firmware con el MPlab, se conecta la plaqueta al PC, se la prepara en modo Bootload, se arranca el PDFSUSB.exe, se carga el archivo.exe y se le indica que lo programe. Una vez programado se resetea el PIC y el firmware arranca.

 

Grabado del Firmware Bootloader con WinPic.

Si fabricamos nuestra plaqueta o si averiamos el Bootloader deberemos recargarlo. Yo lo hago con una plaqueta grabadora de mi página. A esta grabadora, que se conecta al puerto paralelo, la alimento con 13,4 Volt en lugar de 12, y la grabación no falla nunca.

La grabadora se maneja por el WinPic. Es un programa muy simple y fácil de usar, que no falla nunca. Uso aquí un archivo de configuración propio llamado AlfredoLPT.ini y otro llamado PIC18F4550.dev, que están en el adjunto.

El instalador del WinPic está en el adjunto con las instrucciones de instalación.

 

Instrucciones

Si les interesa este tema y bajan el Prog Serie.zip, una vez bajado, al descomprimirlo se generará una carpeta Prog Serie, que podrán moverla donde deseen. En cada carpeta encontrarán el ejecutable correspondiente o sea:

AlfUSBboot.hex: Archivo del Bootloader para cargar con WinPic y tarjeta grabadora.

También lo pueden cargar con otro software distinto al WinPic.

Com Virtual CDC.hex: Archivo del Firmware para usar con bootloader. No funcionará

si lo cargan sin bootloader

Serie.exe: Ejecutable del programa para el PC.

Cuando conecten el USB por primera vez, el PC les pedirá el driver, que está en la carpeta correspondiente. Este driver no viene con la instalación de Windows original.

No lo probé con Windows Vista. Si alguien lo prueba, espero comentarios.

 

Programa Serie

Programa Serie

 

Este programa está realizado en Visual Basic 6.0. Se comunica con la computadora a la vez por puerto USB y puerto serie COM 1. Para la comunicación USB usa Com Virtual MSComm. El puerto virtual lo encuentra el programa, solo.

Es de carácter experimental, didáctico y para tomar como base para hacer montones de programas más o menos simples que este.

Como se ve en la pantalla, hace de todo. Le falta trabajar como comparador, que no funcionaba bien, pero pronto le será incorporado. Están las sentencias, pero no funcionan porque están comentadas (Firmware).

El Firmware está hecho en MPlab IDE y C18 como compilador, para un PIC 18F4550. Con poco trabajo se puede cambiar a otro PIC que maneje USB o hacerlo todo que trabaje de la misma manera por el puerto serie.

En esta entrega, está el programa en Visual Basic 6.0, su ejecutable, el Firmware fuente y su archivo .hex, el esquema de la plaqueta, la ayuda para el programa.

Con el conjunto se puede experimentar con conversor analógico digital, comunicación USB, comunicación serie, comunicación sincrónica SPI, generar frecuencias con precisión, trabajar con salida PWM, programar con Eventos (DoEvents), programar con OnComm() de USB-Serie Virtual, y le falta agregar comparador digital y medidor de frecuencias, que están ambos presentados en la página WEB en programas separados y que se pueden bajar y usar, pero que faltan integrar. Será para otra entrega.

El conjunto está preparado para conectarse con una plaqueta similar a las de Microchip, cuyo esquema está en el subdirectorio Esquema. Es algo básico pero que con mínimas adaptaciones sirve para controlar vía USB, cualquier proceso industrial, enviando órdenes a través del puerto y recibiendo resultados y / o indicaciones del proceso.

Conecta la plaqueta a la PC por medio del USB. Usa el modo CDC, que genera en la PC un puerto serie virtual, que se maneja en Visual Basic 6 con el MScomm.

El chip usado es PIC 18F4550, de Microchip. En www.microchip.com se encuentra muchísima información complementaria.

Este programa es experimental y destinado a quienes deseen avanzar en la conexión USB con computadoras para controlar cualquier tipo de procesos.

 

Usos

Botones LED 1 a LED 4: Al clickear cada uno, envía una orden al PIC, que prende cada uno de los LED y al clickear por segunda vez los apaga. De igual manera se puede controlar cualquier motor, válvula, calefactor, dispositivo, usando además secuencias, temporizadores, y demás.

Enviando 1, 3, 5, 7, prenden.

Enviando 0, 2, 4, 6, apagan.

Botón Ayuda: Muestra esta ayuda.

Botón Blink: Prende y apaga secuencialmente el LED 1.

Botón Eusart: Envía la letra u por el USB. Cuando el PIC la recibe responde enviando no por USB sino por el puerto serie com1 el mensaje "El PIC avisa que está todo bien" .

También se puede recibir la respuesta por el HYPERTERMINAL de Windows. Se deben comentar previamente en el programa las líneas que hacen referencia a MSComm1, para que no aparezca mensaje de error.

Botón PWM: Tiene dos funciones: 1) Por el PIN RC1 sale la tensión controlada por el ancho del pulso positivo. Se visualiza con la variación de la intensidad del LED respectivo y se ajusta con la barra horizontal Duty Cycle PWM Simple.

2) Se puede usar como generador de una onda de pulso cuadrado. Variando la barra horizontal Frecuencia PWM Simple se ajusta la frecuencia entre 187.5 y 47 K Hertz. El ancho del PWM no afecta la frecuencia.

Botón Iniciar ADC: Mide la tensión aplicada en el PIN A0/AN0. Se la varía con el potenciómetro de la plaqueta.

Botón Reset PIC: Resetea el PIC por sotware. No es necesario para el programa, pues la plaqueta tiene botón de RESET. Está para experimentar que la comunicación USB no se interrumpa durante la operación.

Botón Enviar Recibir Texto: Es muy útil para pruebas. Si por ejemplo se envía la letra c (Es por el USB), se recibe la lectura de la salida del comparador como COMP1 o COMP0 (Por el USB)

El recuadro Mensajes de DoEvents, muestra un bloque del programa, para experimentar, que permite usarlo cuando se produzcan eventos.

El recuadro MSCommVirtual, muestra un bloque del programa, para experimentar, que permite usarlo cuando se produzcan eventos relativos al MSCommVirtual.

El Recuadro de arriba, derecha muestra el puerto al que se conectó el MSCommVirtual.

Presionar botones 2 o 3 de la plaqueta: Aparecerá un mensaje para cada botón, en el TextBox Mensajes

-- Pulsador 3 Presionado. LED 3 encendido --

-- Pulsador 4 Presionado. LED 4 encendido --

Se limpia la pantalla al clickear el botón Limpiar.

Recuadro Temperatura: Marca continuamente la temperatura en grados centígrados, positiva o negativa. En el recuadro hay dos datos más. Las dos cifras de arriba, son los dos datos de salida del sensor, que devuelva 16 bits. De ellos 13 son los que indican los grados. Otro es el signo. Para transcribir a grador centígrados debí pasar a binario de 16 bits, eliminar los innecesarios, interpretar el signo y calcular la temperatura.

En la línea de abajo se ven los 16 bits de la respuesta del sensor.

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