Начинающим программистам микроконтроллеров pic

PIC Урок 1. Знакомство с семейством PIC

Урок 1

Знакомство с семейством PIC

Наконец-то сегодня нашлось время познакомить вас с ещё одним семейством микроконтроллеров – это микроконтроллеры PIC.

Данные микроконтроллеры также являются очень известными, устанавливаются во многие устройства и давно уже снискали у радиолюбителей очень сильный интерес.

Разработчиком данного семейства является компания Microchip, которая также ялвяется очень известной и её продукция востребована по всему миру.

Изучение данной серии контроллеров является очень нелёгким вопросом, я этим заниматься начал уже давно, но нормально разобрался с линейкой только сейчас. Последнее время я немного ускорил процесс изучения микроконтроллеров PIC благодаря вашим просьбам в группах и чатах, на которые я не мог не откликнуться.

Также к тому, чтобы поделиться своими знаниями в области программирования данной линейки, меня подтолкнуло то, что я видел много блогов, уроков (в том числе и видео) очень хорошего качества по контроллерам PIC именно с использованием языка ассемблер. А вот на языке C уроков очень мало, что подчёркивает их востребованность.

Поэтому замечу, что программировать МК PIC мы будем именно на языке C. Какую мы выберем среду программирования и компилятор, мы решим чуть позже, а пока же в данном уроке нас ждёт краткое знакомство с самими контроллерами, с их архитектурой и их разновидностями.

Разновидностями контроллеров мы будем считать их деление по архитектуре. Примем за основу разрядность их ядра.

Например, те контроллеры AVR, с которыми мы до сих пор работаем, являются 8-битными, а контроллеры STM, которые мы изучаем – 32-битными.

Вот и контроллеры PIC также делятся по битности.

Первая линейка – это 8-битные контроллеры PIC. Наименование их моделей начинается с префикса PIC10/PIC12/PIC16.

Данная линейка также делится на 3 семейства.

1. BASELINE – данная архитектура присутствует у контроллеров PIC10. От более мощной серии она отличается количеством выводов (от 6 до 28), дешевизной.

2. MID-RANGE – данную архитектуру имеют ядра микроконтроллеров PIC12/PIC16. Количество выводов в данной серии увеличено (от 6 до 64), стоят они несколько дороже, зато имеют помимо 35 машинных инструкций, поддерживаемых серией BASELINE, ещё 14 дополнительных инструкций (оптимизированных под компилятор языка C). Также у данной серии производительность увеличена на 50%, они имеют более глубокий и улучшенный аппаратный стек, увеличенный объём памяти и некоторые прочие прелести, с которыми мы познакомимся в дальнейшем, так как, скорее всего, мы с данной серии и начнём процесс изучения программирования микроконтроллеров PIC.

3. 8-битовые микроконтроллеры PIC18 – это улучшенная серия контроллеров, здесь на борту много другой периферии, количество выводов от 18 до 100, производительность 16 MIPS, поддержка технологии NanoWatt, наличие программироуемого генератора.

Вторая линейка – это 16-битные контроллеры PIC. Они имеют префикс PIC24F и PIC24H. Это уже более мощные контроллеры. В отличие от первой линейки, машинная команда выполняется уже не за 4 такта генератора, а за 2. Также периферия еще более расширена по разновидностям шин, прямой доступ к памяти DMA (у PIC24H), расширенный набор инструкций. Также есть очень много других особенностей.

Третья линейка – это 32-битные контроллеры. Префикс у них уже PIC32. Частота тактирования таких контроллеров до 120 МГц, а у новой серии MZ – до 200 и даже выше. У меня, например, есть отладочная плата, на которой устрановлен контроллер PIC32MZ2048EFH064, у которого тактовая частота составляет 252 мегагерца. Также здесь ещё более увеличена производительность ядра. Данное семейство построено на ядре MIPS32®, которое также кроме высокой производительности отличается ещё и низким потреблением энергии.

Вообщем, вот такие вот краткие характеристики существующих на данный момент контроллеров PIC. Если брать по наименованиям, то наименований очень много, на любой, как говорится, вкус.

Также, как и рассмотренные, а также рассматриваемые нами контроллеры AVR и STM32, контроллеры PIC работают приблизительно по той же схеме. Сочиняется программа, собирается в машинный код, понятный арифметическо-логическому устройству контроллера, загружается (прошивается или заливается) в контроллер и затем обеспечивает работу по определённому алгоритму. Основной интерфейс, используемый для прошивки данных контроллеров – это ICSP, предназначенный для внутрисхемного программирования. Подробнее с ним мы познакомимся, когда будем прошивать данные контроллеры.

Давайте немного разберёмся с организацией памяти в контроллерах PIC. Так как мы начнём изучение семейства PIC с более простых 8-битных (принцип от простого – к сложному ведь не отменял никто), то и организацию памяти мы посмотрим у данной серии.

Сначала посомтрим блок-схему контроллера на примере МК PIC16F84A (нажмите на картинку для увеличения изображения)

В левом верхнем углу сразу бросается в глаза модуль памяти FLASH, в которой обычно хранится программа контроллера (прошивка). А в правом верхнем углу мы видим память EEPROM, которая уже исользуется для хранения данных. Эти два вида памяти являются энергонезависимыми и после отклчения и сброса контроллера не стираются. Но данная память не является быстрой, поэтому код при старте программы распределяется уже в память RAM (ОЗУ), которая уже является быстродействующей и предназначена для функционирования контроллера при работе. Поэтому данную память мы уже рассмотрим несколько поподробнее.

Оперативная память контроллера PIC делится на память программ и память данных.

Вот так организована память программ у контроллера PIC16F84A

Микроконтроллеры данной серии имеют счётчик команд, способный адресовать 8К x 14 слов памяти программ и 14-разрядную шину данных памяти программ. Вся память программ разделена на 4 страницы по 2 килослов каждая (0000h-07FFh, 0800h-0FFFh, 1000h-17FFh, 1800h-1FFFh). Ну это общая информация, поэтому у тех контроллеров, у которых память небольшая перемещение между данными страницами приведёт к циклической адресации. Поэтому размер памяти того контроллера, который мы хотим программировать, мы обязаны знать твёрдо. В общем случае память программ состоит из счётчика команд, стека нескольких уровней, память для хранения векторов прерываний, а также внутренней памяти программ.

Также немного познакомимся с организации оперативной памяти, отведённой под хранение данных.

Память данных разделяется на регистры общего назначения и регистры специального назначения. Посмотрим, как организована память данных контроллера PIC16F84A

Регистры специального назначения (SFR) – это регистры, которые предназначены для хранения строго отведённых величин и имеют определённые имена. С ними мы будем знакомиться постепенно, когда будем писать какой-то исходный код, который будет широко их использовать.

Регистры общего назначения (GPR) – это ячейки памяти, которые имеют только адреса и предназначены они для хранения любых данных.

Также из приведённого выше рисунка мы видим, что у нашего контроллера память данных разделена на 2 страницы (или банка) переход между которыми осуществляется посредством установки определённых битов в регистре STATUS. Поэтому данный регистр присутствует в обеих банках и обратиться к нему мы можем в любой момент, чтобы сменить текущую страницу памяти.

Адресация может быть как прямая, так и косвенная или относительная, когда адрес отсчитывается относительно текущего адреса. С этим мы возможно не будем знакомиться, так как такая задача возникает у программистов, которые пишут программы на ассемблере.

Соответственно, у каждого контроллера кроме памяти существует много чего ещё интересного, в том числе порты ввода-вывода. Наши контроллеры PIC – также не исключение. Посмотрим назначение ножек контроллера PIC16F84A

У данного контроллера два порта – порт A и порт B. Из порта A наружу выведены 5 ножек – RA0-RA4, а из порта B – все 8 ножек RB0-RB7.

Также ножки портов могут иметь и другое назначение в зависимости от того, как мы их сконфигурируем. Наример ножка 6 или RB0 может в любой момент превратиться в ножку для захвата внешних прерываний, а ножка 3 или RA4 – стать ножкой для тактирования таймера от внешнего генератора.

Тактирование МК PIC также может осуществляться как от внешнего генератора, так и от кварцевого резонатора, от внутреннего резистора, а также существует ещё несколько вариантов, которые поддерживают не все контроллеры данного семейства. На практике как правило используется тактирование от кварцевого резонатора. Скорее всего, мы также последуем данной традиции в наших дальнейших занятиях.

Думаю, на этом мы закончим знакомство с контроллерами PIC. Знакомство получилось кратким, но на первое время нам и этого хватит за глаза. С более расшифрованной информацией мы столкнёмся, когда будем сочинять наши программы. Так что ждите следующих занятий, которые обещают быть очень интересными. Мы познакомимся сначала с установкой среды и компилятора, изучим, как с ними работать, какие тонкости программирования присутствуют в настройках различной периферии, а также в работе с ней.

Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)

Программирование микроконтроллеров семейства PIC начинающим

Главная страница » Программирование микроконтроллеров семейства PIC начинающим

Первые микроконтроллеры появились в 60-х годах. Автоматизированные системы до этого времени обычно строились на основе реле. Теперь программируемые логические контроллеры распространены повсеместно. Однако программирование микроконтроллеров — процесс нередко сложно воспринимаемый. Поэтому рассмотрим, 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.

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.

Микроконтроллеры используются в составе современной электроники повсеместно. Умение выполнять программирование микроконтроллеров 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 микроконтроллеров PIC 12 / PIC 16

Программирование микроконтроллеров PIC выполняется 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.

Читайте также  Фонарик с беспроводным зу

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 микроконтроллеров 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. Например там, где по каким-либо причинам требуется повторное изменение — программирование микроконтроллеров 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.

Рекомендуется в цепь резистора включать конденсатор небольшой ёмкости — менее 100 пФ со смещением на землю (вывод GND).

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

Программирование микроконтроллеров + фирменные средства

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

  • REAL ICE
  • Pickit 1-2-3
  • IC PROG
  • ICD 2-3-4

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

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Самоучитель по программированию PIC контроллеров для начинающих

В 2006-м году возникло у меня желание освоить ассемблер для PIC микроконтроллеров. Решение осваивть именно PIC-и сформировалось не случайно. Для начала всего лишь 35 команд ассемблера. Запомнить наизусть их можно за несколько дней применяя на практике, при написании собственной программы. Или же просто заучить, пользуясь даташитом на любой из PIC контроллеров. Благо, что часть документации доступна на русском языке.

Ну и первая конструкция — само-собой часы. И несложно(во всяком случае в начале мне так казалось) и дома и на работе часам или таймеру применение найти легко. Единственное препятствие, с которым пришлось столкнуться — это отсутствие ясной и последовательно изложенной информации по, непосрественно, способам программирования.

В сети много сайтов с микроконтроллерной тематикой, но часто эта информация выложена в виде этакого винигрета, в котором разобраться, имея нулевой опыт в программировании чипов очень трудно.
После запуска схемы «первый проект на микроконтроллере» — мигания светодиодом начался судорожный поиск дельной информации. И совершенно случайно, рыская по сети в поисках информации по очередной схеме из журнала «Радио» (частотомер Денисова) вышел на сайт Евгения Корабельникова.

Не могу сказать, что на этом мои поиски закончились. Некоторые подходы придумывал сам, а свой код, он как правило всегда лучше, чем придуманный кем-то другим.
Но более последовательного и методичного изложения вопросов по структуре микроконтроллеров, вариантам протоколов обмена информацией PIC-а с внешними устройствами(индикаторы, датчики), работы с микросхемами памяти и многого другого, не встретил пока больше нигде.

Евгений — Автор с большой буквы, сумел упорядочить и переложить в нормально читаемый текст огромное количество материала, сделав его понятным и доступным, даже для тех, кто никогда раньше с программированием не сталкивался.

Если Вам нужен быстрый старт и программирование на ассемблере для PIC контроллеров, то рекомендую сайт Евгения Александровича.

Программирование на ассемблере для

PIC микроконтроллеров

Самоучитель по программированию PIC контроллеров для начинающих

(руководство по конструированию устройств на микроконтроллерах)

Общие замечания по стратегии «въезда».

«Самоучитель. » составлен таким образом, что, в случаях наличия каких-то неясностей, возникающих после прочтения предыдущих разделов, в последующих разделах, они постепенно проясняются за счет дополнительной информации. На первичной стадии «въезда», главное — понять смысл, а все остальное к нему, со временем, приложится.

Содержание

Введение
1. Готовим инструменты. Изготовление программатора и работа с ним.
2. Что такое микроконтроллер, и как он работает.
3. Система команд PIC16F84A.
4. Что такое программа и правила ее составления. Пример создания программы автоколебательного мультивибратора. Директивы. Принципиальная схема мультивибратора
5. Интегрированная среда проектирования MPLAB IDE и работа в ней.
6. Что дальше?
7. Пример создания программы (начало).
8. Пример создания программы (продолжение).
9. Работа в симуляторе. Отладка программы.
10. Как отследить выполнение программы
11. Прерывания. Стек. Пример разработки программы с уходом в прерывания.
12. Организация вычисляемого перехода. Работа с EEPROM памятью данных.
13. Флаги. Работа с флагами. Как работает цифровой компаратор. Перенос и заем.
14. Пример задействования флага С в трехбайтном суммирующем устройстве. Циклический сдвиг. Операция умножения.
15. Введение в принцип построения подпрограммы динамической индикации. Косвенная адресация.
16. Преобразование двоичных чисел в двоично-десятичные. Окончательное формирование текста подпрограммы динамической индикации.
17. Принцип счета. Работа с таймером TMR0. Принцип установки групп команд счета в текст программы.
Заключение

Скачать приложения
Приложения к самоучителю с сайта автора
формат PDF
размер файла 2,5 Мб

Микроконтроллеры PIC для начинающих

На современном рынке есть ряд семейств и серий микроконтроллеров от разных производителей, среди них можно выделить AVR, STM32 и PIC. Каждое из семейств нашло свою сферу применения. В этой статье я расскажу начинающим о микроконтроллерах PIC, а именно, что это такое и что нужно знать для начала работы с ними.

Что такое PIC

PIC – это название серии микроконтроллеров, которые производятся компанией Microchip Technology Inc (США). Название PIC происходит от Peripheral Interface Controller.

Микроконтроллеры PIC имеют RISC-архитектуру. RISC – сокращённый набор команд, используется также в процессорах для мобильных устройств. Есть целый ряд примеров её использования: ARM, Atmel AVR и другие.

Компания Microchip в 2016 году купила Atmel – производителя контроллеров AVR. Поэтому на официальном сайте представлены микроконтроллеры семейства и PIC и AVR.

Семейства

Среди 8-битных микроконтроллеров PIC она состоит из 3-х семейств, которые отличаются архитектурой (разрядностью и набором команд).

Baseline (PIC10F2xx, PIC12F5xx, PIC16F5x, PIC16F5xx) ;

Mid-range (PIC10F3xx, PIC12F6xx, PIC12F7xx, PIC16F6xx, PIC16F7xx, PIC16F8xx, PIC16F9xx) ;

Enhanced Mid-range (PIC12F1xxx, PIC16F1xxx) ;

High-end или PIC18 (18Fxxxx, 18FxxJxx and 18FxxKxx).

Характеристики, которых приведены в таблице ниже.

Кроме 8 битных микроконтроллеров компания Microchip производит 16-битные:

DsPIC30/33F для обработки сигналов.

Представители 16-битного семейства работают со скоростью от 16 до 100 MIPS (выполнено миллионов инструкций в секунду). Стоит отметить и особенности:

машинный цикл – 2 такта;

разрядность АЦП – 16 бит;

поддерживают ряд протоколов связи (UART, IrDA, SPI, I2S™, I2C, USB, CAN, LIN and SENT), ШИМ и прочее.

Также есть семейство 32 битных микроконтроллеров – PIC32MX, основные особенности:

работают на частоте до 120 мГц;

выполняют до 150 MIPS;

АЦП: 10-бит, 1 Msps (скорость квантования), до 48 каналов.

С какого PIC начать?

Новичкам стоит начать осваивать микроконтроллеры PIC с 8-битной линейки. Вообще, производитель заявляет о том, что особенностью всего семейства является лёгкая переносимость программ с одного семейства на другое и совпадения цоколевки ряда моделей.

Одним из популярнейших в среде радиолюбителей микроконтроллеров является PIC16f628A. Его технические характеристики такие:

Есть встроенный тактовый генератор. Вы можете настроить для работы с частотой 4 или 8 МГц;

18 пинов, из них 16 – ввод/вывод, а 2 – питание;

Для работы на частотах до 20 МГц можно подключить кварцевый резонатор, но в этом случае на ввод/вывод останется не 16, а 14 ног;

В маркировке есть буква F, это значит, что используется FLASH-память, объёмом в 2048 слов;

14-битные инструкции, 35 штук;

Читайте также  Ик пульт управления для компьютера

4 аналоговых входа;

На входах PORTB есть подтягивающие резисторы;

Два 8-битных таймера и один 16-битный;

Машинный цикл – 4 такта кварцевого резонатора или внутреннего генератора);

128 байт EEPROM;

USART – последовательный порт;

внутренний источник опорного напряжения;

питается от 3.3 до 5 В.

Причинами популярности является низкая цена и возможность тактирования от внутреннего генератора.

Какая цоколевка у 16f628 изображено ниже:

Блочная внутренняя схема этого микроконтроллера изображена ниже.

На что следует обратить внимание на схеме в первую очередь?

У этого микроконтроллера есть два порта PORTA и PORTB. Каждый пин, каждого из них может использоваться как вход и выход, а также для подключения периферии или задействования других модулей микроконтроллера.

Рассмотрим эту часть схемы крупно.

Например, порты RB0-RB3 – могут выступать в роли аналоговых. К RA6, RA7 в случае необходимости подключается источник тактирования (кварцевый резонатор). Сами же выводы микроконтроллера настраиваются в режим входа/выхода с помощью регистра TRIS.

Для этого есть команды типа:

TRISA = 0; // Все выводы порта А устанавливаются как выходы
TRISB = 0xff; // Все выводы порта B назначаются как входы
TRISA0 = 1; // Так назначается отдельный пин как вход (1) или выход (0)
TRISA5 = 1 ; // здесь 5 вывод порта А – назначен входом

Вообще режимы работы, включение WDT (сторожевого таймера) выбор источника тактирования микроконтроллера и прочее настраивается с помощью регистров специального назначения — SFR, а память и данные хранятся в GFR – простыми словами это статическое ОЗУ.

В официальном Datasheet, на страницах 18-21 вы найдете 4 банка памяти регистров специального назначения SFR и регистров общего назначения GFR. Знание регистров важно, поэтому распечатайте и выучите указанные страницы из Datasheet .

Для удобства ниже приведены эти таблицы в виде картинок (нумерация регистров, как и всё в цифровой электронике начинается с 0, поэтому номер четвертого – 3).

Как подключить и на каком языке программировать?

Чтобы запустить этот микроконтроллер достаточно подать плюс на Vdd и минус на Vss. Если нужен кварцевый резонатор, то он подключается к выводам 16 и 15 (OSC1 и OSC2) микроконтроллера PIC16f628, для других контроллеров с большим или меньшим числом выводов – смотрите в datasheet. Но этот момент нужно указывать при программировании и прошивке.

Кстати о переносимости и совпадении цоколевки – на 16f84A – она аналогична, и на многих других.

Фрагмент схемы с подключенным к pic16f628a внешним резонатором:

Есть два основных языка для программирования микроконтроллеров PIC – это assembler и C, есть и другие, например PICBasic и т.д. Еще можно выделить упрощенный язык программирования JAL (just another language).

Для примера ниже приведена программа для «мигания светодиодом» — своего рода «Hello World» для микроконтроллера PIC на языке C.

В 1 строке подключается библиотека микроконтроллеров PIC, далее подключается библиотека программы задержки.

В функции main(void) в начале устанавливаются начальные параметры, подобно тому как мы это делали в функции Void setup () – в статьях об ардуино. Далее в строках 11-16 объявляется бесконечный цикл while(1), в ходе которого и выполняется программа «мигания светодиодом».

В примере состояние порта постоянно инвертируется, т.е. если он был в «0», то перейдет в «1» и наоборот. На C для PIC есть следующие команды управления команды:

PORTA = 0; // переводит все пины порта А в низкий уровень (лог. 0)
PORTB = 0xff; // переводит все пины порта B в высокий уровень (лог. 1)
RB5 = 1; // На пятом выводе порта B высокий уровень

А так выглядит та же программа, но уже на языке JAL, я перевел на русский язык комментарии от разработчиков встроенных примеров в JALedit (среда разработки).

Возникает соблазн выбрать JAL, и вам он может показаться проще. Безусловно на нём можно реализовать любые проекты, но с точки зрения пользы для вас как для специалиста – это бесполезный язык. Значительно больших результатов вы добьетесь, изучая синтаксис и принципы программирования на языке C (большая часть популярных сейчас языков C-подобны) или на Assembler – это низкоуровневый язык, который заставит вас понимать принцип работы устройства и что происходит в программе в каждый конкретный момент времени.

В чем работать

Если сказать совсем обобщенно для работы с любыми микроконтроллерами нужно:

1. Текстовый редактор.

3. Программа для загрузки прошивки в микроконтроллер.

И я даже читал старые учебники, где автор, работая из-под DOS писал код, компилировал и прошивал его разными средствами. Сейчас же под все популярные операционные системы есть среды для разработки, как узкоспециализированные (для конкретного семейства микроконтроллеров или семейств от одного производителя) так и универсальные (либо содержат все необходимые инструменты, либо они подключаются в виде плагинов).

Например, в цикле статей об Arduino мы рассматривали среду Arduino IDE в ней же мы и код писали и с её помощью «заливали» прошивку в «камень». Для микроконтроллеров PIC есть такие программы, как:

MPASM — используется для разработки на языке Assembler от фирмы Microchip ;

MPLAB — также IDE от Microchip для PIC-контроллеров. Состоит из множества блоков для тестирования, проверки, работы с кодом и компиляции программ и загрузки в микроконтроллер. Также есть версия MPLAB X IDE – отличается большим функционалом и построена на базе платформы NetBeans ;

MikroC — универсальная среда (не только для ПИКов) для разработки. Как видно из названия «заточена» под программирование на C, а также есть такие программы как MikroBasic и MikroPascal, для соответствующих языков ;

JALedit — подходит для языка JAL, о котором мы упоминали выше ;

И ряд других менее известных.

Как прошивать микроконтроллер?

Для PIC-микронотроллеров есть ряд программаторов. Официальным считается PICkit. Их 4 версии. Но можно прошивать и универсальными, например, TL866 (он поддерживает почти всё, что может понадобится начинающему радиолюбителю, при этом очень дешевый).

Также в сети есть ряд различных схем программаторов для ПИКов, как для работы через COM-порт:

Так и через USB (на самом деле тоже com, только через преобразователь на ИМС MAX232).

Заключение

Микроконтроллеры PIC16 подходят для простых проектов, типа простой автоматики, вольтметров, термометров и прочих мелочей. Но это не значит, что нельзя делать на этом семействе сложные и большие проекты, я привел пример того для чего чаще всего их используют. Для общего представления рекомендую посмотреть несколько видео:

В одной статье рассматривать темы о том, как программировать микроконтроллеры, неважно какого семейства, безсмысленно. Поскольку это очень большой объём информации. Для начинающих советую к прочтению:

Катцен С. — PIC-микроконтроллеры. Все что вам необходимо знать;

Кёниг А. — Полное руководство по PIC микроконтроллерам;

Шпак Ю.А. — Программирование на языке С для AVR и PIC микроконтроллеров;

Магда Ю.С. — Микроконтроллеры PIC: архитектура и программирование;

Яценков В.С. — Микроконтроллеры Microchip. Практическое руководство.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Программирование микроконтроллеров PIC. Часть 1. Необходимые инструменты и программы. Основы MPLAB

Итак, вы решили научиться программировать pic-контроллеры. Для начала поговорим о том, что вам для работы с этими контроллерами понадобится.

Контроллер работает по определённой программе, которая должна как-то в него попасть. Обычно программу в машинных кодах, готовую для записи в контроллер, называют прошивкой. Следовательно нужно какое-то устройство, которое будет записывать (на сленге обычно говорят заливать или прошивать) программу в контроллер. Такое устройство называется программатор. Подробнее о программаторах и заливке программы мы поговорим позднее, в последней части нашей эпопеи (когда уже будет что заливать), а пока давайте по-порядку — как нам эту программу написать.

Программа для контроллера — это, как я уже сказал, набор машинных кодов, записанный в файле с расширением «hex» (здесь можно почитать про формат *.hex), который и нужно заливать в контроллер с помощью программатора. Никакого другого языка контроллер не понимает. Следовательно, нужна специальная программа, которая будет переводить текст программы, написанный на каком-либо языке программирования, в машинные коды. Наиболее удобными в этом плане являются интегрированные среды разработки (IDE — integrated development environment), поскольку они могут не только осуществлять перевод текста программы в машинный код, но и производить симуляцию её работы. Причём симуляцию можно проводить пошагово, при этом можно наблюдать состояние регистров или даже менять их состояние по своему желанию. Короче, интегрированные среды помимо, собственно, компиляции (перевода в машинные коды) предоставляют отличные возможности для отладки программы.

IDE, как и программаторов, существует много. Лично я пользуюсь MPLAB и вам рекомендую, по той простой причине, что MPLAB — это IDE от самого производителя PIC-контроллеров — фирмы Microchip, поэтому имеет отличную поддержку (в том числе на русском языке, что особенно приятно). С официального сайта Microchip можно скачать и сам этот пакет, и подробное описание по работе с ним. Если не нашли или ломает искать — ссылки для скачивания здесь, правда это уже не самая свежая версия.

В описании на русском языке про всё рассказано: от установки и настройки до удаления. В большинстве случаев вся установка заключается в том, чтобы запустить setup и ответить на пару вопросов, типа куда ставить драйверы и тому подобное, от себя лишь добавлю, что во избежание глюков ставить пакет надо в такую папку, чтобы в пути были только английские буквы (а не в какую-нибудь, типа C:ПрограммыPICMPLAB). Вообще, кириллицу в путях к файлам или в названиях файлов лучше не использовать, иначе возможны глюки.

MPLAB позволяет писать программы на двух языках: СИ и Ассемблер. Интернет просто ломится от разборок СИ-шников и ассемблерщиков, которые с пеной у рта доказывают друг другу, какой язык лучше. Я отношу себя к ассемблерщикам, поэтому, естественно, расскажу почему лучше именно Ассемблер.

Ассемблер представляет собой набор элементарных команд, выполняемых контроллером. Каждая команда трактуется в машинный код совершенно однозначно, а результат её выполнения и время выполнения всегда одинаковы. То есть, если вы имеете листинг на ассемблере, то вы можете совершенно точно сказать, что делает контроллер в каждый момент времени и каким именно образом достигается нужный результат.

Программа на языке СИ (да и вообще на любом языке высокого уровня) — это уже набор команд не контроллера, а соответствующего языка. При компиляции каждая такая команда заменяется набором команд для контроллера, но каким именно набором команд она заменяется, — этого вы уже не знаете, это знает только разработчик языка программирования. Соответственно, невозможно понять, каким именно образом контроллер выполняет желаемое действие.

Читайте также  Работа с внешними прерываниями

Короче говоря, в случае с языком высокого уровня вы изучаете как какой-то дядя обозвал свои способы реализации необходимых вам функций и по каким правилам их надо записывать. В данном случае можно провести следующую аналогию: вы хотите поговорить с китайцем, но вам говорят: «Китайский слишком сложный язык, но есть один дядя в Болгарии, который 20 лет жил в Китае и отлично его выучил. А болгарский язык с русским очень похожи и русскому человеку он интуитивно понятен, так что выучите болгарский, а уж дядя переведёт.»

В случае с ассемблером, вы изучаете сам контроллер и правила, по которым надо разговаривать с контроллером. При этом контроллер имеет всего-то несколько десятков команд, которые умещаются на одном листке и их легко можно окинуть одним взглядом.

Надеюсь, к этому моменту вы уже сделали выбор языка программирования, так что пойдём дальше.

Что нужно сделать в MPLAB, чтобы получить желанную прошивку? Как я уже сказал — подробности читайте в руководстве к IDE MPLAB, оно на русском и там всё понятно (если не понятно — идём на форум), я же только кратко перечислю самое основное и дам некоторые рекомендации.

Итак, мы установили MPLAB, хотим написать в нём программу для контроллера и получить готовую прошивку.

Сначала нужно создать проект. Для каждого проекта рекомендую заводить отдельную папку, потому что, во-первых, в проект может входить несколько файлов, а, во-вторых, сам MPLAB создаст ещё несколько вспомогательных файлов (*.lst, *.err, *.cod, *.bkx). Если несколько проектов будут в одной папке, то легко можно запутаться какие файлы к какому проекту относятся. Короче, создаём для проекта новую папку, потом запускаем MPLAB и выбираем меню Project -> New Project…

В появившемся окошке, в проводнике справа, выбираем нашу папку, в левой части (в поле под надписью File Name) пишем название будущего проекта, например my1.pjt (не забываем указать расширение), и жмём ОК.

Появляется окно с названием Edit Project. Это менеджер проекта, в котором указываются параметры проекта (какие файлы и библиотеки нужно подключить к проекту, какой будет использоваться камень, будет ли использоваться симуляция и многое другое). Находим поле ввода с названием Development Mode. Справа от этого поля есть кнопочка Change… Нажимаем.

Открывается окошко с названием Development Mode, в котором мы видим кучу вкладок. На вкладке Tools ставим галочку рядом с MPLAB SIM Simulator (грех для отладки симулятором не пользоваться), в поле ввода Processor выбираем контроллер, с которым мы будем работать. На вкладке Clock указываем какая у нас будет частота генератора. Жмём ОК. На ошибку и предупреждение не обращаем внимания, это просто нам говорят, что пока не могут создать .hex (ну правильно, у нас пока и программы нет) и что при изменении настроек надо заново перекомпилировать проект (так мы ещё вообще ни разу не компилировали).

В поле ввода Language Tool Suite выбираем Microchip.

Нажимаем кнопку с названием Add Node… В появившемся окне, в проводнике справа выбираем папку проекта, в поле ввода слева пишем как будет называться файл с текстом программы на ассемблере, например my1.asm (не забываем указывать расширение), и жмём ОК. Всё, теперь мы подключили к проекту файл my1.asm (указали, что текст программы будет в этом файле).

На этом с Edit project заканчиваем, — нажимаем ОК.

Теперь нужно, собственно, создать файл с текстом программы (в менеджере проекта мы просто указали, что текст будет в таком-то файле, но фактически этот файл ещё не создан). Для этого идём в меню File и выбираем пункт New. Откроется окошко редактора с названием Untitled1. Выбираем меню File -> Save As…, в проводнике справа указываем папку проекта, в поле ввода File Name пишем название файла, которое мы указали в менеджере проекта, то есть в нашем примере это будет my1.asm. Если всё сделано правильно, то название окошка редактора поменяется с Untitled1 на путьmy1.asm.

Вот и всё! Теперь осталось только набрать в окошке редактора текст программы, скомпилировать проект (меню Project->Build All) и, если в программе нет ошибок (что с первого раза бывает очень редко), то в папке проекта появится готовая прошивка (файл с расширением hex), которую можно заливать в контроллер.

Программирование микроконтроллеров для начинающих

Микроконтроллерами называют особый вид микросхем, используемый для управления различными электронными устройствами.

Введение в микроконтроллеры

Это миниатюрные компьютеры, все составляющие которых (процессор, ОЗУ, ПЗУ) располагаются на одном кристалле. От микропроцессоров их отличает наличие таймеров, контроллеров, компараторов и других периферийных устройств. В настоящее время микроконтроллеры используются при производстве:

  • датчиков для автомобилей;
  • игрушек;
  • индикаторов напряжения, зарядных устройств;
  • пультов управления;
  • миниатюрных электронных приборов.

Управление осуществляется при помощи специальных программ.

Программирование микроконтроллеров для начинающих

Начинать осваивать программирование микроконтроллеров для начинающих рекомендуется с изучения архитектуры и разновидностей. Промышленность выпускает следующие виды МК:

  • встраиваемые;
  • 8-, 16- и 32-разрядные;
  • цифровые сигнальные процессоры.

Производителям микроконтроллеров приходится постоянно балансировать между габаритами, мощностью и ценой изделий. Поэтому до сих пор в ходу 8-разрядные модели. Они обладают довольно низкой производительностью, но во многих случаях данный факт является преимуществом, т.к. позволяет экономить энергоресурсы. Цифровые сигнальные процессоры способны обрабатывать в реальном времени большие потоки данных. Однако их стоимость намного выше.

Количество используемых кодов операций может быть неодинаковым. Поэтому применяются системы команд RISC и CISC. Первая считается сокращенной и выполняется за один такт генератора. Это позволяет упростить аппаратную реализацию ЦП, повысить производительность микросхемы. CISC — сложная система, способная значительно увеличить эффективность устройства.

Изучить программирование микроконтроллеров для начинающих невозможно без понимания алгоритмов. На ЦП микросхемы команды подаются в определенном порядке. Причем их структура должна восприниматься процессором однозначно. Поэтому сначала программист составляет последовательность выполнения команд. Заставить ЦП немедленно остановить программу можно при помощи вызова прерывания. Для этого используют внешние сигналы либо встроенные периферийные устройства.

Семейства микроконтроллеров

Чаще всего встречаются микроконтроллеры следующих семейств:

  • MSP430 (TI);
  • ARM (ARM Limited);
  • MCS 51 (INTEL);
  • STMB (STMicroelectronics);
  • PIC (Microchip);
  • AVR (Atmel);
  • RL78 (Renesas Electronics).

Одной из наиболее популярных в электронной промышленности является продукция компании Atmel, построенная на базе RISC-ядра. Первые микросхемы, разработанные в 1995 году, относятся к группе Classic. Изучать программирование микроконтроллеров AVR для начинающих желательно на более современных моделях:

  • Mega — семейство мощных микросхем с развитой архитектурой.
  • Tiny — недорогие изделия, имеющие восемь выводов.

Необходимо помнить, что совместимость систем команд сохраняется лишь при переносе программы с малопроизводительного МК на более мощный.

Изделия компании «Атмел» просты и понятны. Однако для использования всего функционала придется разработать программное обеспечение. Приступать к программированию микроконтроллеров AVR для начинающих рекомендуется с загрузки специализированной среды Atmel Studio. Актуальная версия предоставляется официальным сайтом производителя на бесплатной основе. Для разработки ПО в этой среде дополнительные программные компоненты не требуются.

Комплекс «Атмел Студио» включает огромное количество примеров готовых проектов. Это поможет новичку быстрее освоить базовые возможности и начать создавать собственные программы. В нем также имеются модули для компиляции и окончательной отладки кода. Параллельно с его освоением нужно изучать языки программирования. Без них разработать программное обеспечение невозможно.

Языки программирования

По своей структуре языки программирования микроконтроллеров мало отличаются от тех, что используются для персональных компьютеров. Среди них выделяют группы низкого и высокого уровня. Современные программисты в основном используют С/С++ и Ассемблер. Между приверженцами этих языков ведутся бесконечные споры о том, какой из них лучше.

Низкоуровневый Ассемблер в последнее время сдает позиции. Он использует прямые инструкции, обращенные непосредственно к чипу. Поэтому от программиста требуется безукоризненное знание системных команд процессора. Написание ПО на Ассемблере занимает значительное время. Главным преимуществом языка является высокая скорость исполнения готовой программы.

На самом деле, можно использовать практически любые языки программирования микроконтроллеров. Но популярнее всех С/С++. Это язык высокого уровня, позволяющий работать с максимальным комфортом. Более того, в разработке архитектуры AVR принимали участие создатели Си. Поэтому микросхемы производства «Атмел» адаптированы именно к этому языку.

С/С++ — это гармоничное сочетание низкоуровневых и высокоуровневых возможностей. Поэтому в код можно внедрить вставки на Ассемблере. Готовый программный продукт легко читается и модифицируется. Скорость разработки достаточно высокая. При этом доскональное изучение архитектуры МК и системы команд ЦП не требуется. Компиляторы Си снабжаются библиотеками внушительного размера, что облегчает работу программиста.

Нужно отметить, что выбор оптимального языка программирования зависит также от аппаратного обеспечения. При малом количестве оперативной памяти использовать высокоуровневый Си нецелесообразно. В данном случае больше подойдет Ассемблер. Он обеспечивает максимальное быстродействие за счет короткого кода программы. Универсальной среды программирования не существует, но в большинстве бесплатных и коммерческих приложений можно использовать как Ассемблер, так и С/С++.

Микроконтроллеры PIC

Первые микроконтроллеры PIC появились во второй половине прошлого века. Быстрые 8-разрядные микросхемы компании Microchip мгновенно завоевали популярность. Двухшинная гарвардская архитектура обеспечивает беспрецедентную скорость. Ее разрабатывали на основе набора регистров, для которого характерно разделение шин.

Выбирая язык программирования микроконтроллеров PIC, необходимо учитывать, что в основе микросхем семейства лежит уникальная конструкция RISC-процессора. Симметричная система команд позволяет произвольно выбирать метод адресации, выполнять операции в любом регистре. На данный момент компания «Микрочип» выпускает 5 разновидностей МК, которые совместимы по программному коду:

  1. PIC18CXXX (75 команд, встроенный аппаратный стек);
  2. PIC17CXXX (58 команд 16-разрядного формата);
  3. PIC16CXXX (35 команд, большой набор периферийных устройств);
  4. PIC16C5X (33 команды 12-разрядного формата, корпуса с 18–28 выводами);
  5. PIC12CXXX (версии с 35 и 33 командами, интегрированный генератор).

В большинстве случаев МК PIC имеют однократно программируемую память. Встречаются более дорогие модели с Flash или ультрафиолетовым стиранием. Ассортимент из 500 наименований позволяет подобрать изделие для любой задачи. Сейчас производитель концентрирует усилия на развитии 32-разрядных версий с увеличенным объемом памяти.

Языки программирования микроконтроллеров PIC — это Ассемблер и Си. Для кодирования подходят любые интегрированные среды разработки (IDE). Программировать с их помощью очень удобно. Они автоматически переводят текст программы в машинный код. Важной характеристикой IDE является возможность пошаговой симуляции работы готового ПО. Мы рекомендуем пользоваться средой разработки MPLAB. Ее созданием занималась компания Microchip.

Перед началом работы в MPLAB советуем каждый раз заводить отдельную папку. Это нужно, чтобы не запутаться в файлах проектов. Интерфейс программы интуитивно понятный, и трудностей с ним возникнуть не должно. Для отладки используются фирменные отладчики Pickit, ICD, REAL ICE, IC PROG. В них имеется возможность просмотра содержимого памяти, установки контрольных точек.