Рубрика: Строительство

Самоучитель по программированию pic контроллеров для начинающих

Урок 1

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)

Читайте также:  Пьезоизлучатель что это такое

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)

Введение

PIC-контроллеры остаются популярными в тех случаях, когда требуется создать недорогую компактную систему с низким энергопотреблением, не предъявляющую высоких требований по ее управлению. Эти контроллеры позволяют заменить аппаратную логику гибкими программными средствами, которые взаимодействуют с внешними устройствами через хорошие порты.

Миниатюрные PIC контроллеры хороши для построения преобразователей интерфейсов последовательной передачи данных, для реализации функций «прием – обработка – передача данных» и несложных регуляторов систем автоматического управления.

Читайте также:  Самодельный культиватор для минитрактора своими руками

Компания Microchip распространяет MPLAB — бесплатную интегрированную среду редактирования и отладки программ, которая записывает бинарные файлы в микроконтроллеры PIC через программаторы.

Взаимодействие MPLAB и Matlab/Simulink позволяет разрабатывать программы для PIC-контроллеров в среде Simulink — графического моделирования и анализа динамических систем. В этой работе рассматриваются средства программирования PIC контроллеров: MPLAB, Matlab/Simulink и программатор PIC-KIT3 в следующих разделах.

• Характеристики миниатюрного PIC контроллера PIC12F629
• Интегрированная среда разработки MPLAB IDE
• Подключение Matlab/Simulink к MPLAB
• Подключение программатора PIC-KIT3

Характеристики миниатюрного PIC-контроллера

Семейство РIС12ххх содержит контроллеры в миниатюрном 8–выводном корпусе со встроенным тактовым генератором. Контроллеры имеют RISC–архитектуру и обеспечивают выполнение большинства команд процессора за один машинный цикл.

Для примера, ниже даны характеристики недорогого компактного 8-разрядного контроллера PIC12F629 с многофункциональными портами, малым потреблением и широким диапазоном питания [1].

• Архитектура: RISC
• Напряжение питания VDD: от 2,0В до 5,5В ( >path без аргументов приводит к отображению списка путей переменной path в окне команд (Command Window). Удалить путь из переменной path можно командой rmpath, например:

4. Создайте Simulink модель для PIC контроллера, используя блоки библиотеки «Embedded Target for Microchip dsPIC» (Рис. 13), или загрузите готовую модель, например, Servo_ADC.mdl.

Тип контроллера, для которого разрабатывается Simulink модель, выбирается из списка в блоке Master > PIC (Рис. 16, Рис. 10), который должен быть включен в состав модели.

Рис. 16. Выбор типа контроллера в блоке Master модели.

5. Проверьте настройки конфигурации модели: Меню → Simulation → Configuration Parameters . В строке ввода System target file раздела Code Generation должен быть указан компилятор S-функций dspic.tlc (Рис. 17). Выбор dspic.tlc настраивает все остальные параметры конфигурации модели, включая шаг и метод интегрирования.

Рис. 17. Выбор компилятора S-функций dspic.tlc для моделей PIC-контроллеров в разделе «основное меню → Simulation → Configuration Parameters → Code Generation».

6. Откомпилируйте модель tmp_Servo_ADC.mdl. Запуск компилятора показан на Рис. 18.

Рис. 18. Запуск компилятора Simulink модели.

В результате успешной компиляции (сообщение: ### Successful completion of build procedure for model: Servo_ADC) в текущем каталоге создаются HEX файл для прошивки PIC контроллера и MCP проект среды MPLAB (Рис. 19).

Рис. 19. Результаты компиляции модели.

Запуск модели в Matlab/Simulink выполняется в окне модели кнопкой, условное время моделирования устанавливается в строке:

Управление компиляцией Simulink моделей из среды MPLAB

Управление компиляцией Simulink модели можно выполнять командами раздела Matlab/Simulink среды MPLAB, например, в следующем порядке.

1. Разработайте модель PIC контроллера в Matlab/Simulink. Сохраните модель.
2. Запустите MPLAB.
3. Выберите MPLAB меню → Tools → Matlab/Simulink и новый раздел появится в составе меню.

4. В разделе Matlab/Simulink откройте Simulink модель, например, Servo_ADC, командой «Matlab/Simulink → Specify Simulink Model Name → Open → File name → Servo_ADC.mdl → Open». Команда Open запускает Matlab и открывает модель.

5. Откомпилируйте модель и создайте MCP проект командами Generate Codes или Generate Codes and Import Files. Перевод MDL модели в MCP проект выполняется TLC компилятором Matlab.
В результате создаётся проект MPLAB:

со скриптами модели на языке Си.

6. Откройте проект: меню → Project → Open → Servo_ADC.mcp (Рис. 20).

Рис. 20. Структура MCP проекта Simulink модели Servo_ADC.mdl в среде MPLAB.
Проект Simulink модели готов для редактирования, отладки и компиляции в машинные коды контроллера средствами MPLAB.

Подключение программатора PIC-KIT3

Узнать какие программаторы записывают бинарный код в конкретный микроконтроллер можно в разделе меню → Configure → Select Device среды MPLAB 8.92. Например, программатор PIC-KIT3 не поддерживает контроллер PIC12C508A (Рис. 21, левый рисунок), но работает с контроллером PIC12F629 (Рис. 21, правый рисунок).

Рис. 21. Перечень программаторов для прошивки микроконтроллера.

Информацию об установленном драйвере программатора PIC-KIT3 можно запросить у менеджера устройств ОС Windows (Рис. 22).

Рис. 22. Информация об установленном драйвере программатора PIC-KIT3.

Схема подключения микроконтроллера PIC12F629 к программатору PIC-KIT3 показана на Рис. 23.

Рис. 23. Схема подключения микроконтроллера PIC12F629 к программатору PIC-KIT3.

Вывод PGM программатора для прошивки контроллеров PIC12F629 не используется. Наличие вывода PGM для разных типов PIC контроллеров показано на Рис. 24. Вывод PGM рекомендуется «притягивать» к общему проводу (GND), через резистор, номиналом 1К [3].

Рис. 24. Выводы PGM PIC контроллеров.

Индикация светодиодов программатора Olimex PIC-KIT3 показана в ниже:

Желтый — Красный — Состояние программатора
Вкл — Выкл — Подключен к USB линии
Вкл — Вкл — Взаимодействие с MPLAB
Мигает — Включен постоянно — Прошивка микроконтроллера

Не следует подключать питание микроконтроллера VDD (Рис. 23) к программатору, если контроллер запитывается от своего источника питания.

Читайте также:  Рецепты лизунов с канцелярским клеем

При питании микроконтроллера от программатора на линии VDD необходимо установить рабочее напряжение, например, 5В программой MPLAB (Menu → Programmer → Settings → Power), как показано на Рис. 25.

Примечание. При отсутствии напряжения на линии VDD MPLAB IDE выдает сообщение об ошибке: PK3Err0045: You must connect to a target device to use

Рис. 25. Установка напряжения VDD на программаторе PIC-KIT3 программой MPLAB IDE v8.92.

Если программатор не может установить требуемое напряжение, например, 5В при его питании от USB, в которой напряжение меньше 5В, MPLAB IDE выдает сообщение об ошибке: PK3Err0035: Failed to get Device ID. В этом случае, сначала необходимо измерить напряжение программатора — считать его в закладке меню → Programmer → Settings → Status, а затем установить напряжение (не больше измеренного) в закладке меню → Programmer → Settings → Power.

Рис. 26. Измерение (слева) и установка (справа) VDD напряжения программатора PIC-KIT3 программой MPLAB IDE v8.92.

Пример MPLAB сообщения успешного подключения микроконтроллера к программатору по команде меню → Programmer → Reconnect показан на Рис. 27.

Рис. 27. Сообщение MPLAB об успешном подключении микроконтроллера к программатору.

Можно программировать не только отдельный PIC контроллер, но и контроллер, находящийся в составе рабочего устройства. Для программирования PIC контроллера в составе устройства необходимо предусмотреть установку перемычек и токоограничивающих резисторов как показано на Рис. 28 [3].

Рис. 28. Подключение микроконтроллера в составе электронного устройства к программатору.

Заключение

Малоразрядные PIC-контроллеры имеют широкий диапазон питания, низкое потребление и малые габариты. Они программируются на языках низкого уровня. Разработка программ на языке графического программирования Simulink с использованием многочисленных библиотек значительно сокращает время разработки и отладки в сравнении с программированием на уровне ассемблера. Разработанные для PIC-контроллеров Simulink структуры можно использовать и для компьютерного моделирования динамических систем с участием контроллеров. Однако, из-за избыточности кода такой подход применим только для семейств PIC контроллеров с достаточными ресурсами.

Автор: Корабельников Е.А.
Название: Самоучитель по программированию PIC контроллеров для начинающих Часть 1
Издательство: Интернет
Год: 2008
Формат: pdf
Размер: 5,7 Мб

Руководство по конструированию устройств на микроконтроллерах + приложение.
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, предоставляемой по мере "подворачивания" многочисленных поводов.
На первичной стадии "въезда", главное – понять смысл, а все остальное к нему, со временем, приложится.

Оглавление
Введение
1. Готовим инструменты
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.
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
Дополнительная информация

Количество страниц: 287.

Приложения

1. Приложение 1: Программаторы PonyProg и IcProg105 2
2. Приложение 2: Область оперативной памяти PIC16F84A
3. Приложение 3: Состав регистров специального назначения PIC16F84A
4. Приложение 4: Регистр OPTION_REG
5. Приложение 5: Регистр STATUS
6. Приложение 6: Регистр INTCON
7. Приложение 7: Регистр EECON1
8. Приложение 8: Биты конфигурации
9. Приложение 9: Таблица представления чисел
10. Приложение 10: Таблица команд ассемблера (вариант с ошибками №1)
11. Приложение 11: Таблица команд ассемблера (вариант с ошибками №2)
12. Приложение 12: Таблица команд ассемблера (вариант без ошибок)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *