ПРОГРАММИРОВАНИЕ PIC КОНТРОЛЛЕРОВ

PIC-контроллер. Программирование PIC-контроллеров. Схемы PIC-контроллеров

Когда делаются схемы, необходимо, чтобы кто-то или что-то контролировало выполнение необходимых действий.

Для человека это довольно проблематично, так как приходится использовать значительное количество различных элементов, позволяющих контролировать их работу (транзисторы, резисторы, тиристоры, диоды, конденсаторы и прочие).

Но все сложные и большие схемы можно контролировать с помощью контроллеров (микроконтроллеров). Что они собой представляют, будет рассказано на примере семейств РІС. Итак, что такое PIC-контроллеры для чайников? Какая их схема и где они используются.

Что собой представляет PIC-микроконтроллер

PIC-контроллер (или микроконтроллер) является средством автоматизации выполнения определённых действий с помощью заранее подготовленной программы. Особенностью представителей этой линейки продукции является легкость в программировании и доступность всех необходимых функций для работы.

Обрисовывая его конструкцию, следует заметить, что в его составе присутствует только один кристалл кремния (это характерная особенность всех микроконтроллеров). Кроме него, PIC-контроллер имеет определённое количество ножек. Часть из них могут использоваться как логические входы, часть как выходы, остальные имеют двустороннее применение.

Ножки могут быть или цифровыми, или аналоговыми.

Для работы подавляющего большинства РІС-контроллеров необходимо стабильное напряжение – 5В. Этого хватает, чтобы он мог работать в своём обычном режиме и выполнять поставленную перед ним программу. Программирование PIC-контроллеров напрямую от компьютера невозможно. Для этой цели используется программатор.

Семейства контроллеров

PIC-контроллер не существует в единичном экземпляре. Компания производитель выпускает значительный ассортимент микроконтроллеров, каждый из которых имеет свои характеристики, возможности и потенциальные цели применения.

Количество самих семейств довольно велико и зависит от классифицирующего признака, который берётся как основной. Поэтому стоит сообщить только об основной классификации, в которой есть всего три семейства: 8-, 16- и 32-битные.

Они в свою очередь делятся на другие, но поскольку сами семейства не являются темой статьи, то о них и не будет вестись разговор.

Где применяется

Благодаря своей универсальности PIC-контроллер может быть применён практически где угодно. Сами микроконтроллеры можно встретить в холодильниках, телевизорах, стиральных машинках.

Но линейка продукции РІС имеет ту особенность, что схемы на PIC-контроллерах популярны среди радиолюбителей и робототехников-самоучек. С их помощью можно легко настроить работу узла или всего приспособления.

Способствует такой популярности разумная цена, легкость программирования и значительное количество учебного материала.

Можно использовать и для чего-то производственного – довольно популярной является тема создания автоматических самодельных станков, управляемых микроконтроллером.

Спектр использования является широким, и при грамотном подходе могут быть выполнены практически любые цели, поэтому схемы на PIC-контроллерах можно увидеть не только на любительских творениях.

Программное обеспечение для работы с PIC-контроллером

Минимальное необходимое программное обеспечение – это блокнот. Но всё же в силу свободного распространения можно воспользоваться и предлагаемым от компании-производителя программным средством MPLAB. Точнее, линейкой программных средств (среды разработки, компиляторы) MPLAB.

Благодаря политике компании он распространяется бесплатно, но имеет определённые ограничения. Так, при краткосрочной демонстрационной версии можно попробовать со всеми возможностями, но после её окончания функционал программы будет урезан.

В полноценной программе присутствует значительный инструментарий, который позволяет легко создавать программы, удобно искать различные проблемные участки и проводить оптимизацию кода.

В зависимости от версии может быть прекращена функция оптимизации кода или уменьшено количество контроллеров, поддерживаемых программой. Ради правды стоит сказать, что компания оставляет поддержку исключительно самым популярным представителям.

https://www.youtube.com/watch?v=Ut9j4JINpSw

Существует и ряд программного обеспечения, предоставляемого другими компаниями. В целом их функционал является похожим, но существуют и отличия.

Так, многие высказывают недовольство, что MPLAB имеет нелояльный к пользователям дизайн. Поэтому производители делают ставку на сохранении обрезаемых функций и удобстве работы с их программным обеспечением.

Программы для PIC-контроллеров весьма разнообразны, поэтому тут в значительной мере дело вкуса.

Создание программы для PIC-контроллера

Создавать специальную программу можно с помощью соответствующего программного обеспечения и даже в простом блокноте.

Такая возможность существует благодаря тому, что он работает с такими языками программирования, как ассемблер и С. Главное отличие заключается в количестве прописываемой информации и лёгкости задания данных.

Так, при создании программы необходимо указать, для какого контроллера она предназначается. Может понадобиться провести ряд настроек, но проводить их необходимо при наличии опыта работы или уверенности в своих силах, ведь ошибки могут привести к тому, что микроконтроллеры превратятся в обычные кусочки пластика и железа.

Программирование с помощью программатора

Но как перенести разработанную программу в сам микроконтроллер? Как происходит программирование микроконтроллеров? Специально для этой цели существуют специальные устройства – программаторы. Они посылают микроконтроллеру сигналы, которые изменяют ячейки в памяти в соответствии с программой.

Для начала процесса перенесения данных необходимо вставить микроконтроллер в программатор, а его, в свою очередь, подключить к компьютеру. Затем с помощью программного обеспечения следует запустить прошивку. Обычно программирование PIC-контроллеров продолжается от тридцати секунд до двух минут.

Виды программаторов

Какой программатор выбрать для записи программы на микроконтроллер? Условно можно выделить три вида: самодельные, от компании-производителя и заводские от других компаний. Использование каждого из них имеет свои особенности.

Так, самодельные программаторы являются довольно дешевыми. Но их использование чревато тем, что они могут запросто превратить микроконтроллер в кусочек пластика и железа.

И программирование микроконтроллеров может в таких случаях обратиться неприятными последствиями в виде удара током, поэтому следует придерживаться техники безопасности. К тому же если делать самому с нуля, то часто получится продукт с довольно ограниченными возможностями относительно смены объекта работы.

Но в мировой сети можно найти значительное количество решений этой проблемы, предложенных другими людьми, и которые, вероятно, не доставят вам проблем.

Оригинальный программатор от компании-производителя сможет качественно выполнить свою работу для любого микроконтроллера. На него существует гарантия, и если после получения он не работает, то заменить не проблема. Но в порядке вещей, когда прошивка PIC-контроллеров им осуществляется без проблем.

Но останавливает от его приобретения довольно высокая цена.

Программаторы, выпущенные другими компаниями, имеют довольно широкий диапазон объектов, с которыми работают. Их особенностью является низкая цена и/или возможность работать с другими микроконтроллерами кроме PIC. Есть и поистине универсальные «монстры», которые могут обеспечивать работу различных типов, но из-за необходимости создания большого количества соединений их цена низкой не бывает.

Схематические особенности

И напоследок несколько слов о схемах изображений. Следует ориентироваться по ножкам на основании сопроводительной документации, так как схематически часто микроконтроллеры отличаются от реального построения выводов. Главным в таких случаях являются подписанные выводы, и именно по ним и следует ориентироваться при создании устройства.

Источник: https://FB.ru/article/215719/pic-kontroller-programmirovanie-pic-kontrollerov-shemyi-pic-kontrollerov

Программирование микроконтроллеров семейства PIC начинающим

Первые микроконтроллеры появились в 60-х годах. Автоматизированные системы до этого времени обычно строились на основе реле. В принципе, релейные системы исполняли требуемую функцию вполне успешно.

Однако главным недостатком релейных схем являлись сложности модернизации на случай изменения функциональности. Для инженеров проще было собрать новую релейную систему, нежели модифицировать уже существующую.

В этом смысле программируемый логический контроллер оказался куда более предпочтительным устройством. Теперь программируемые логические контроллеры распространены повсеместно. Однако тонкости программирования таких систем остаются малопонятными для многих радиолюбителей.

Рассмотрим этот важный момент – как программировать контроллер на примере широко известной серии ПЛК (PLC — Peripheral Interface Controller): продукта компании Microchip Technology Inc.

Общий взгляд на устройства ПЛК

Системы на базе микропроцессора (микроконтроллеры) выступают в качестве программируемых электронных устройств, для которых специально разработаны языки программирования.

Благодаря таким языкам программирования, существенно облегчается процесс программирования контроллеров.

Язык высокого уровня, созданный для ПЛК, обеспечивает простоту, эффективность и дружелюбную среду для пользователя.

https://www.youtube.com/watch?v=P4CKlUionBo

Микропроцессор фактически можно рассматривать электронной схемой, поддерживающей обработку команд, хранящихся в системной памяти. Эта же схема работает с инструкциями — арифметическими и логическими, использует внешние устройства:

• память,
• входные порты,
• выходные порты.

В свою очередь, микроконтроллер представляет собой интегральную схему, в составе которой присутствуют:

• микропроцессор,
• память программ и данных,
• генератор тактовых импульсов,
• интерфейсы ввода и вывода,
• таймеры,
• аналого-цифровые преобразователи,
• внешние коммуникационные порты и другие схемы.

Макрос языка высокого уровня — это инструкция, которая является сокращённой строкой, содержащей несколько инструкций. Запись программы с повторяющимися действиями (схожестью инструкций) при использовании макросов значительно сокращается.

Программируемые микроконтроллеры используются в составе современной электроники повсеместно.

Умение работать с этим функциональным инструментом открывает широкие горизонты

Эффективность программы на основе макросов столь же эффективна, как и запись программы на языке «C».

Компилятор отвечает за создание соответствующих подстановок для генерации кода, который передаётся в память программы микропроцессора или микроконтроллера.

Программирование широко распространённых микроконтроллеров PIC12 / PIC16

Микроконтроллеры PIC программируются с использованием проприетарного последовательного протокола. Поэтому конечному пользователю недостаточно просто взять и подключить микросхему контроллера PIC напрямую к любому «стандартному» интерфейсу.

Однако технические требования относительно программирования по времени достаточно слабы. Этот фактор даёт возможность использовать некоторые выводы параллельного или последовательного порта компьютера для генерации программной последовательности с помощью программного обеспечения.

Помимо рабочего напряжения, микроконтроллерам требуется ещё три сигнала:

1. Программируемое напряжение (около 13В).
2. Таймер программирования (ICSPCLK).
3. Данные (ICSPDAT).

Поскольку большинство выпускаемых экземпляров PIC допускают программируемое напряжение несколько ниже значения, указанного спецификацией, открывается возможность использования уровней сигналов ± 12В, присутствующих на интерфейсе последовательного порта настольного ПК. Таким образом, «записать» PIC вполне допустимо без необходимости подключения дополнительного источника питания.

Преобразование уровней допускается выполнять при помощи нескольких компонентов. Однако представленная ниже упрощённая схема, обладает некоторыми ограничениями.

В частности, позволяет считывать и программировать непосредственно PIC устройства.

Нет никакой гарантии, что эта схема способна обеспечить программирование всех контроллеров, поскольку не соответствует полной спецификации программирования.

Схема принципиальная упрощённого программатора микроконтроллеров серии PIC и обозначенные линии подключения интерфейсов RS232 / ISSP

Внутрисхемное программирование микроконтроллера PIC

Разъём внутрисхемного программирования (ICSP) предоставляет возможность запрограммировать микроконтроллер непосредственно в рамках прикладной схемы. Этот вариант видится особенно полезным в домашних условиях или в другой не специальной среде, где по каким-либо причинам требуется повторное изменение программированием PIC и тестирование схемы.

Применение разъёма ICSP позволяет избежать рисков при перемещении микроконтроллера PIC между различными гнездами (например, в случае изгиба контактов или воздействия на микроконтроллер электростатических разрядов). Также работа с разъёмом ICSP обеспечивает экономию времени.

Вот такой вариант ICSP соединителя вполне подойдёт для подключения линий связи на случай выполнения программирования микроконтроллера серии PIC12/PIC16

Следует внимательно использовать интерфейс и кабель ICSP, принимая во внимание, что схема не должна нарушать ход сигналов программирования. Другими словами – точное соответствие месту назначения сигналов необходимо выполнять безукоризненно.

Основные условия программирования:

• время переключения напряжения программирования «0 – 13В» составляет несколько микросекунд;
• полный размах напряжения сигналов таймера и данных достигается в течение одной микросекунды;
• вывод сигнала PGM остаётся низким всё время программирования.

Некоторые микроконтроллеры PIC требуют применения напряжения программирования до подачи рабочего напряжения. В этом случае напряжением программирования управляют через модуль программатора. Самый простой способ выполнить первые два условия — не использовать корреспондирующие выводы в цепях схемы. Если необходимо, следует использовать отладчик.

Рекомендации относительно процедуры программирования

Не рекомендуется подключать активные цепи к линии внешнего (основного) сброса (MCLR – Microcontroller Line Reset).

Если сигнал MCLR используется для сброса PIC, следует устанавливать резистор номинальным сопротивлением более 56 кОм между выводами MCLR и подачи напряжения питания.

Сигнальные выводы программирования должны исключать наличие индуктивной или ёмкостной нагрузки. Когда рабочее напряжение питания берётся от модуля программатора, требуется изолировать вывод питания PIC от остальной части прикладной схемы в процессе программирования.

Схемные доработки программатора микроконтроллера, рекомендуемые с целью обеспечения более качественного процесса программирования устройства

Этот вариант может иметь место, если схема содержит собственный стабилизатор напряжения питания и оснащается развязывающим конденсатором большой ёмкости. Модуль программатора, предназначенный под напряжение питания 3,3В, не в состоянии заряжать конденсатор достаточно быстро, а для программирования PIC требуется не менее 4,5В.

Между тем вариант изолирования можно исключить, если в схеме используется диод Шоттки. Чтобы удерживать вывод перевода микроконтроллера в режим программирования (PGM) на низком уровне, рекомендуется подключать этот вывод к земле через резистор номиналом от 2,2 кОм до 10 кОм.

Всегда рекомендуется таймер включения питания вносить в «слово» конфигурации. Задержка таймера более 40 мс даёт достаточно времени для стабилизации напряжения питания перед началом любой операции. Такой шаг позволяет избежать непреднамеренного выполнения программы до входа в режим программирования.

Во время программирования остальные контакты порта остаются в режиме ввода — имеют высокий импеданс. Используемой схемой необходимо обрабатывать такое состояние по возможности неактивным способом. Чтобы избежать нежелательных «побочных эффектов», следует рассмотреть возможность дополнения подтягивающими резисторами.

Для обеспечения повторного программирования микроконтроллера PIC в условиях напряжения питания ниже 4,5В, область памяти необходимо отключить от защиты. Это обусловлено применением «Chip Erase», единственного способа удаления кода или защиты данных, которого требуют практически все микроконтроллеры PIC с напряжением питания выше 4,5В.

Сигналы ICSP соответствующие контактам PIC 12Fxxx / 16Fxxx

Число ниже аббревиатуры сигнала соответствует выходу разъема ICSP модуля программатора. Для использования модуля с тестовыми платами сторонних производителей требуется адаптер.

Следует обратить внимание: разъём ICSP этого модуля программатора имеет различный порядок сигналов по сравнению с другими программаторами микроконтроллеров PIC

Следующие схемы показывают, как подключать сигналы программирования к микроконтроллерам PIC 12Fxxx / 16Fxxx:

Схемы, определяющие порядок подключения сигнальных проводников, участвующих в процедуре чтения/записи данных микроконтроллеров разной конфигурации

Фирменные средства программирования

Существует солидная группа фирменных программаторов для микроконтроллеров семейства PIC. Наиболее известные аппаратные средства:

• REAL ICE
• Pickit 1-2-3
• IC PROG
• ICD 2-3

Характерные отличия отмеченных программаторов – устройства обладают не просто классическими функциями чтения/записи. Фирменным программаторам присущ целый ряд расширенных функций, включая полный контроль содержимого памяти и стёка.

На основе информации: Uolsinectis

Источник: https://zetsila.ru/%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5-%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D0%BB%D0%B5%D1%80%D0%BE%D0%B2/