Программатор отладчик PICkit 3: инструмент современного инженера электронщика

Итак, без чего не обходится практически любое устройство на микроконтроллере? Правильно, без микроконтроллера!  Но, увы, не получится его запрограммировать без программатора (если это конечно не Arduino). Итак, рассмотрим внутрисхемный программатор-отладчик PicKit 3, счастливым обладателем коим являюсь я. Описание функциональности данного девайса я описывать тут не буду, по скольку вы сами можете почитать  вот тут http://pickit2.ru/doku.php/что.такое.pickit3 что вы собственно уже и сделали. А моей целью является — донести до вас информацию с точки зрения обыкновенного пользователя. Заказывая сей девайс в интернет магазине я долго думал, размышлял PicKit2 или PicKit3. В то время я мало знал об этих программаторах, разве что то, что они работают через USB и являются внутрисхемными, плюс можно отлаживать программу непосредственно в микроконтроллере с помощью PicKit 2 и 3. Внутрисхемным программированием ICSP (In-circuit serial programming) прямо на конечном устройстве, который мы собираем на PIC контроллере. И нам не придётся вытаскивать его из программатора запрограммированный микроконтроллер и втыкать его обратно в конечную схему. А отлаживать его было бы как сложно в таких условиях? Так что ICSP вещь очень удобная и практичная. Единственно нужно только предусмотреть разъём ICSP/ICD на конечном устройстве для подключения программатора. Об отличиях PicKit 3 от Pickit2 я знал мало, но рассуждал логически так. PicKit 2 проверенный временем и людьми, надёжный и удобный. А PicKit 3 должно быть следующая версия, более доработанный, более мощный, современный и функциональный чем  PicKit 2. К тому же PicKit 3 стоил не сильно дороже чем программатор предыдущей версии. И хотя функциональности Пиккит 2 мне полностью было предостаточно в итоге было решено купить PicKit 3 с расчётом на будущее, так сказать «на вырост». Вот прислали почтой мне эту красивую коробочку. Внутри сам непосредственно программатор, Провод USB-miniUSB. Пара каких то бумажек, среди которых плакат с объяснением как и куда подключать программатор и диск с MPLAB 8.36 и примерами. Естественно всё на английском. Достаём, подключаем к компу через прилагаемый шнурок. Компьютер определяет подключенное HID совместимое устройство. Это означает, что дтов для программатора не нужно. Загораются 3 огонька — вроде работает. Далее, устанавливаем MPLAB IDE 8.38. С более новыми версиями возникнут определённые проблемы, до тех пор, пока в новых версиях не устранят баг. О проблемах и их решении в новых версиях я расскажу чуть позже. Установили, запускаем! Лезем в меню Programmer — Select Programmer — Pickit 3. Мплаб должен определить программатор, но если он не подключен к контроллеру, или на контроллер не подано питание то он ругнётся об этом. При первом подключении Мплаб сказал что нашёл в инете более новую прошивку для программатора и предложил её загрузить и закачать — соглашаемся! Хотелось бы отдельно заострить внимание на питании микроконтроллера. Тут возможны 2 варианта: 1. питание от внешнего источника; 2. питание от программатора. Если внешнего источника питания у вас нет, то выбираем в настройках Programmer — Settings… и идём на вкладку Power. Ставим галочку и меняем значение величины напряжения если требуется. Большинству контроллеров PIC нормально будет 5В., но в некоторых случаях контроллеры могут питаться от более низкого напряжения и установив на него 5В можно его повредить. Если не уверены — лучше всего ознакомиться со спецификацией контроллера. Если вы решите питать схему от внешнего источника, и при этом подключите напряжение от пиккита, то ничего страшного не произойдёт — программатор замерит напряжение и если на нём будет +5в. то он не даст пропустить напряжение через себя и не подаст дополнительного питания на контроллер, не смотря на установленную настройку в МПлабе. По крайне мере так написано в даташите, но у меня, на всякий случай питание внешнее и питание от программатора расключены фиксируемой кнопкой. Теперь о бочке дёгтя в ложке мёда. Недостатков, пока что, у PicKit3 больше чем достоинств по сравнению с PicKit2. Начнём с того, что для второго пиккита есть русская документация, а для третьего я не нашёл. Кроме того, программировать через PICkit 3 можно только в среде MPLAB IDE, а для второго пиккита кромеMPLAB IDE есть специальная компактная и удобная утилита PICkit 2 Programmer. И в завершении хочу сказать что в Linux (не всем же под виндой сидеть) я не нашёл вооообще программ, для программирования через PICkit 3, а для PICkit 2 есть. И хотя в будущем эти проблемы решаемы, но сейчас пока по моему скромному мнению этот программатор не стоит своих денег и по этому лучше, надёжней и дешевле будет приобрести PICkit 2.

Собираем программатор для микроконтроллеров PIC и микросхем EEPROM

Какие первые шаги должен сделать радиолюбитель, решивший собрать схему на микроконтроллере? Естественно, необходима управляющая программа – «прошивка», а также программатор.

И если с первым пунктом нет проблем – готовую «прошивку» обычно выкладывают авторы схем, то вот с программатором дела обстоят сложнее.

Цена готовых USB-программаторов довольно высока и лучшим решением будет собрать его самостоятельно. Вот схема предлагаемого устройства (картинки кликабельны).

Основная часть.

Панель установки МК.

Исходная схема взята с сайта LabKit.ru с разрешения автора, за что ему большое спасибо. Это так называемый клон фирменного программатора PICkit2. Так как вариант устройства является «облегчённой» копией фирменного PICkit2, то автор назвал свою разработку PICkit-2 Lite, что подчёркивает простоту сборки такого устройства для начинающих радиолюбителей.

Что может программатор? С помощью программатора можно будет прошить большинство легкодоступных и популярных МК серии PIC (PIC16F84A, PIC16F628A, PIC12F629, PIC12F675, PIC16F877A и др.), а также микросхемы памяти EEPROM серии 24LC. Кроме этого программатор может работать в режиме USB-UART преобразователя, имеет часть функций логического анализатора. Особо важная функция, которой обладает программатор – это расчёт калибровочной константы встроенного RC-генератора некоторых МК (например, таких как PIC12F629 и PIC12F675).

Необходимые изменения.

В схеме есть некоторые изменения, которые необходимы для того, чтобы с помощью программатора PICkit-2 Lite была возможность записывать/стирать/считывать данные у микросхем памяти EEPROM серии 24Cxx.

Из изменений, которые были внесены в схему. Добавлено соединение от 6 вывода DD1 (RA4) до 21 вывода ZIF-панели. Вывод AUX используется исключительно для работы с микросхемами EEPROM-памяти 24LС (24C04, 24WC08 и аналоги). По нему передаются данные, поэтому на схеме панели программирования он помечен словом «Data». При программировании микроконтроллеров вывод AUX обычно не используется, хотя он и нужен при программировании МК в режиме LVP.

Также добавлен «подтягивающий» резистор на 2 кОм, который включается между выводом SDA и Vcc микросхем памяти.

Все эти доработки я уже делал на печатной плате, после сборки PICkit-2 Lite по исходной схеме автора.

Микросхемы памяти 24Cxx (24C08 и др.) широко используются в бытовой радиоаппаратуре, и их иногда приходится прошивать, например, при ремонте кинескопных телевизоров. В них память 24Cxx применяется для хранения настроек.

В ЖК-телевизорах применяется уже другой тип памяти (Flash-память). О том, как прошить память ЖК-телевизора я уже рассказывал. Кому интересно, загляните.

В связи с необходимостью работы с микросхемами серии 24Cxx мне и пришлось «допиливать» программатор. Травить новую печатную плату я не стал, просто добавил необходимые элементы на печатной плате. Вот что получилось.

Ядром устройства является микроконтроллер PIC18F2550-I/SP.

Это единственная микросхема в устройстве. МК PIC18F2550 необходимо «прошить». Эта простая операция у многих вызывает ступор, так как возникает так называемая проблема «курицы и яйца». Как её решил я, расскажу чуть позднее.

Список деталей для сборки программатора. В мобильной версии потяните таблицу влево (свайп влево-вправо), чтобы увидеть все её столбцы.

Теперь немного о деталях и их назначении.

Зелёный светодиод HL1 светится, когда на программатор подано питание, а красный светодиод HL2 излучает в момент передачи данных между компьютером и программатором.

Для придания устройству универсальности и надёжности используется USB-розетка XS1 типа «B» (квадратная). В компьютере же используется USB-розетка типа «А». Поэтому перепутать гнёзда соединительного кабеля невозможно. Также такое решение способствует надёжности устройства. Если кабель придёт в негодность, то его легко заменить новым не прибегая к пайке и монтажным работам.

В качестве дросселя L1 на 680 мкГн лучше применить готовый (например, типов EC24 или CECL). Но если готовое изделие найти не удастся, то дроссель можно изготовить самостоятельно. Для этого нужно намотать 250 – 300 витков провода ПЭЛ-0,1 на сердечник из феррита от дросселя типа CW68. Стоит учесть, что благодаря наличию ШИМ с обратной связью, заботиться о точности номинала индуктивности не стоит.

Напряжение для высоковольтного программирования (Vpp) от +8,5 до 14 вольт создаётся ключевым стабилизатором. В него входят элементы VT1, VD1, L1, C4, R4, R10, R11. С 12 вывода PIC18F2550 на базу VT1 поступают импульсы ШИМ. Обратная связь осуществляется делителем R10, R11.

Чтобы защитить элементы схемы от обратного напряжения с линий программирования в случае использования USB-программатора в режиме внутрисхемного программирования ICSP (In-Circuit Serial Programming) применён диод VD2. VD2 – это диод Шоттки. Его стоит подобрать с падением напряжения на P-N переходе не более 0,45 вольт. Также диод VD2 защищает элементы от обратного напряжения, когда программатор применяется в режиме USB-UART преобразования и логического анализатора.

При использовании программатора исключительно для программирования микроконтроллеров в панели (без применения ICSP), то можно исключить диод VD2 полностью (так сделано у меня) и установить вместо него перемычку.

Компактность устройству придаёт универсальная ZIF-панель (Zero Insertion Force – с нулевым усилием установки).

Благодаря ей можно «зашить» МК практически в любом корпусе DIP.

На схеме «Панель установки микроконтроллера (МК)» указано, как необходимо устанавливать микроконтроллеры с разными корпусами в панель. При установке МК следует обращать внимание на то, чтобы микроконтроллер в панели позиционируется так, чтобы ключ на микросхеме был со стороны фиксирующего рычага ZIF-панели.

Вот так нужно устанавливать 18-ти выводные микроконтроллеры (PIC16F84A, PIC16F628A и др.).

А вот так 8-ми выводные микроконтроллеры (PIC12F675, PIC12F629 и др.).

Если есть нужда прошить микроконтроллер в корпусе для поверхностного монтажа (SOIC), то можно воспользоваться переходником или просто подпаять к микроконтроллеру 5 выводов, которые обычно требуются для программирования (Vpp, Clock, Data, Vcc, GND).

Готовый рисунок печатной платы со всеми изменениями вы найдёте по ссылке в конце статьи. Открыв файл в программе Sprint Layout 5.0 можно с помощью режима «Печать» не только распечатать слой с рисунком печатных проводников, но и просмотреть позиционирование элементов на печатной плате. Обратите внимание на изолированную перемычку, которая связывает 6 вывод DD1 и 21 вывод ZIF-панели. Печатать рисунок платы необходимо в зеркальном отображении.

Изготовить печатную плату можно методом ЛУТ, а также маркером для печатных плат, с помощью цапонлака (так делал я) или «карандашным» методом.

Вот рисунок позиционирования элементов на печатной плате (кликабельно).

При монтаже первым делом необходимо запаять перемычки из медного лужёного провода, затем установить низкопрофильные элементы (резисторы, конденсаторы, кварц, штыревой разъём ISCP), затем транзисторы и запрограммированный МК. Последним шагом будет установка ZIF-панели, USB-розетки и запайка провода в изоляции (перемычки).

«Прошивка» микроконтроллера PIC18F2550.

Файл «прошивки» — PK2V023200.hex необходимо записать в память МК PIC18F2550I-SP при помощи любого программатора, который поддерживает PIC микроконтроллеры (например, Extra-PIC). Я воспользовался JDM Programmator’ом JONIC PROG и программой WinPic800.

Ссылка на файл PK2V023200.hex, запакованный в архив rar, дана в конце статьи.

Залить «прошивку» в МК PIC18F2550 можно и с помощью всё того же фирменного программатора PICkit2 или его новой версии PICkit3. Естественно, сделать это можно и самодельным PICkit-2 Lite, если кто-либо из друзей успел собрать его раньше вас:).

Также стоит знать, что «прошивка» микроконтроллера PIC18F2550-I/SP (файл PK2V023200.hex) записывается при установке программы PICkit 2 Programmer в папку вместе с файлами самой программы. Примерный путь расположения файла PK2V023200.hex  — «C:Program Files (x86)MicrochipPICkit 2 v2PK2V023200.hex». У тех, у кого на ПК установлена 32-битная версия Windows, путь расположения будет другим: «C:Program FilesMicrochipPICkit 2 v2PK2V023200.hex».

Ну, а если разрешить проблему «курицы и яйца» не удалось предложенными способами, то можно купить уже готовый программатор PICkit3 на сайте AliExpress. Там он стоит гораздо дешевле. О том, как покупать детали и электронные наборы на AliExpress я писал тут.

Обновление «прошивки» программатора.

Прогресс не стоит на месте и время от времени компания Microchip выпускает обновления для своего ПО, в том числе и для программатора PICkit2, PICkit3. Естественно, и мы можем обновить управляющую программу своего самодельного PICkit-2 Lite. Для этого понадобится программа PICkit2 Programmer. Что это такое и как пользоваться — чуть позднее. А пока пару слов о том, что нужно сделать, чтобы обновить «прошивку».

Для обновления ПО программатора необходимо замкнуть перемычку XT1 на программаторе, когда он отключен от компьютера. Затем подключить программатор к ПК и запустить PICkit2 Programmer. При замкнутой XT1 активируется режим bootloader для загрузки новой версии прошивки. Затем в PICkit2 Programmer через меню «Tools» — «Download PICkit 2 Operation System» открываем заранее подготовленный hex-файл обновлённой прошивки. Далее произойдёт процесс обновления ПО программатора.

После обновления нужно отключить программатор от ПК и снять перемычку XT1. В обычном режиме перемычка разомкнута. Узнать версию ПО программатора можно через меню «Help» — «About» в программе PICkit2 Programmer.

Это всё по техническим моментам. А теперь о софте.

Работа с программатором. Программа PICkit2 Programmer.

Для работы с USB-программатором нам потребуется установить на компьютер программу PICkit2 Programmer. Это специальная программа обладает простым интерфейсом, легко устанавливается и не требует особой настройки. Стоит отметить, что работать с программатором можно и с помощью среды разработки MPLAB IDE, но для того, чтобы прошить/стереть/считать МК достаточно простой программы – PICkit2 Programmer. Рекомендую.

После установки программы PICkit2 Programmer подключаем к компьютеру собранный USB-программатор. При этом засветится зелёный светодиод («питание»), а операционная система опознает устройство как «PICkit2 Microcontroller Programmer» и установит драйвера.

Запускаем программу PICkit2 Programmer. В окне программы должна отобразиться надпись.

Если программатор не подключен, то в окне программы отобразится страшная надпись и краткие инструкции «Что делать?» на английском.

Если же программатор подключить к компьютеру с установленным МК, то программа при запуске определить его и сообщит нам об этом в окне PICkit2 Programmer.

Поздравляю! Первый шаг сделан. А о том, как пользоваться программой PICkit2 Programmer, я рассказал в отдельной статье. Следующий шаг.

Необходимые файлы:

• Прошивка USB-программатора (PK2V023200.hex);

• Рисунок печатной платы в формате .lay;

• Программа PicKit2 Programmer;

• Руководство пользователя PICkit2 (рус.) берём здесь или здесь.

Главная &raquo Микроконтроллеры &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Микросхемы КМОП.

• RS-триггер.

Программатор и системный отладчик, представленный единой конструкцией, именуемый PICkit 3 — относительно простой недорогой инструмент электронщика. Внутрисхемный инструмент, управляемый через ПК, оснащается программным обеспечением MPLAB IDE (версия 8.20 или выше) под платформу «Windows». Программатор отладчик PICkit 3 — востребованный инструментарий разработчика электронных устройств различной сложности, подобный CH341A и другим. Применение обещает помощь в самых разных случаях, от разработки программного обеспечения, до аппаратной интеграции. Рассмотрим этот программатор, чтобы иметь возможность использовать при необходимости.

Программатор PICkit 3 — обзор инструментария электронщика

Программатор отладчик PICkit 3 предназначен для разработки аппаратного и программного обеспечения микроконтроллеров из серии «Microchip PIC» (MCU) и контроллеров цифровых сигналов «dsPIC» (DSC).

Отмеченные микросхемы основаны на последовательном программировании через проводные последовательные двухпроводные интерфейсы «In-Circuit»(ICSP) и «Enhanced In-Circuit Serial Programming». Дополнительно к функциям отладчика, система PICkit 3 также поддерживает функционал программатора.

Электроника программатора отладчика выполняет код подобно реальному устройству, благодаря встроенному схемному решению эмуляции, а не специальной микросхеме самого прибора. Функции доступны в интерактивном режиме. Установка или изменение функций выполняется через интерфейс «MPLAB IDE».

Программатор PICkit 3 разрабатывался под эмуляцию встроенных процессоров средствами отладки. Особенности программатора и отладчика PICkit 3 в едином исполнении:

• очистка (стирание) памяти с проверкой,
• поддержка USB стандартными драйверами «Windows»,
• высокая скорость работы процессоров,
• контроль перенапряжения / короткого замыкания,
• малое напряжение питания (диапазон 1,8 – 5 вольт),
• чтение/запись программ и данных в память MCU,
• наличие контрольных операционных индикаторов.

Программатор PICkit 3 предназначен исключительно для разработки и отладки любительских программ. Программирование производственного характера этим прибором фактически не поддерживается. Однако, никто не отменял возможное использование инструмента для производственных целей, если таковые соразмерны с функциональными возможностями PICkit 3.

Программатор-отладчик PICkit 3: интерфейсы рабочих цепей

Подключение по интерфейсу рабочих цепей системы отмечается простым и облегчённым подходом. Как правило, для подключения используется USB-порт и входящий в комплект прибора USB-кабель. Область интерфейса рабочего подключения имеет маркер первого контакта, чтобы пользователь не ошибся в процессе организации соединения.

На верхней корпусной крышке прибора имеются контрольные светодиоды состояния работы в режимах программирования или отладки средствами  PICkit 3. В общей сложности на корпус выведены три светодиодных индикатора:

1. Зелёного свечения (наличие/отсутствие напряжения питания),
2. Синего свечения (активный/пассивный USB порт),
3. Жёлтого свечения (активная/пассивная функция программирования).

Последний индикатор списка – светодиод жёлтого свечения, загорается красным светом, если имеет место аварийный сбой в работе инструмента программирования.

Программный интерфейс (соединения) на шесть контактов

Программный интерфейс (соединения) представлен 6-контактным разъёмом, через который выполняется подключение к целевой микросхеме. Комплект программатора-отладчика, как правило, содержит адаптер перехода от программатора к целевому программируемому микропроцессору.

Рекомендуется для работы с программатором отладчиком PICkit 3 использовать внешний источник питания. Конфигурация целевого VDD распознаётся программатором-отладчиком для обеспечения преобразования уровня под целевую операцию при низком напряжении. Если программатор-отладчик не определяет напряжение на линии VDD, схема не будет работать.

Три основных активных линии рабочего режима

Однако только три линии, как правило, активны и относятся к работе ядра инструмента:

• контакты 1 (VPP / MCLR),
• 5 (PGC),
• 4 (PGD).

Контакты 2 (VDD) и 3 (VSS) показаны на рисунке выше для полноты возможностей схемы. Конструкция PICkit 3 предоставляет две конфигурации для питания целевого устройства:

• внутренним отладчиком,
• внешним целевым источником напряжения.

Уровень мощности внутреннего отладчика, между тем, ограничен параметром — 30 мА. Этого тока достаточно для слабых применений, где напряжение VDD отделено от остальной части прикладной схемы для независимого программирования. Но для общего использования этой мощности явно недостаточно, поскольку предъявляются более высокие требования к системе питания USB, получаемой от ПК.

Особенности применения программатора PICkit 3 на практике

Не все программируемые микросхемы имеют линии AVDD и AVSS. Однако если таковые присутствуют на целевом устройстве, все подключаются при соответствующих уровнях напряжений и токов для обеспечения корректной работы программатора отладчика.

Нельзя допускать наличие «плавающих» уровней. В общем и целом: рекомендуется все линии (VDD / AVDD) и (VSS / AVSS) подключать к соответствующим уровням токов и напряжений. Кроме того, микросхемы с линией VCAP (например, PIC18FXXJ) следует подключать к соответствующему конденсатору или уровню тока/напряжения.

Как видно из представленной выше схемы, взаимосвязь целевой платы и отладочного инструмента очень проста. Сопутствующие программированию (отладке) проблемы, как показывает практика, зачастую вызваны другими соединениями или дополнительными компонентами на линиях. Всё это мешают работе программатора отладчика PICkit 3, а потому требует внимательного подхода.

Программатор отладчик PICkit 3 — рекомендации для использования

Официально представленной документацией не рекомендуется использовать:

• подтяжку на PGC / PGD, учитывая наличие на этих линиях понижающих резисторов (4,7 кОм) непосредственно в схеме программатора отладчика;
• конденсаторы на PGC / PGD для стабильности программирования и отладки;
• конденсаторы на MCLR. Обычно достаточно простого подтягивающего резистора.
• диоды на PGC / PGD, препятствующие двунаправленной связи программатора и целевого устройства.

Существует два этапа использования прибора PICkit 3 в качестве отладчика.

1. Первый этап требует программирования целевой схемы (обычно тем же PICkit 3).
2. Второй этап использует внутреннюю аппаратную отладочную схему целевого устройства Flash для запуска и тестирования прикладной программы.

Эти два шага напрямую связаны с операциями MPLAB IDE:

• запись (программирование) кода в целевой микросхеме и активирование специальных функций отладки;
• использование программатора отладчика для установки точек останова / запуска. Если целевое устройство запрограммировано неправильно, программатором PICkit 3 выполнить функции отладки не получится.

Особенности процесса программирования и отладки

Картинкой ниже представлена упрощённая схема внутреннего интерфейса программатора отладчика PICkit 3. Здесь для программирования не требуются кварцевый резонатор на целевом устройстве, но требуется подача питания. В момент программирования прибор устанавливает необходимые уровни программирования на контактах VPP / MCLR.

Также схемой PICkit 3 отправляются тактовые импульсы на контакт PGC и последовательные данные через PGD. Чтобы убедиться, что микросхема запрограммирована правильно, тактовые импульсы отправляются на PGC, а данные считываются обратно из PGD. Такой подход соответствует протоколу ICSP разрабатываемого устройства.

Полноценная установка системы программирования PICkit 3

Для рабочего функционирования программатора и отладчика PICkit 3 необходима установка программного обеспечения MPLAB IDE. Последняя версия исполняемого файла установки MPLAB IDE доступна на странице разработчика Microchip (здесь – версия 3.10).

Купленный программатор обычно дополняется компакт-диском MPLAB IDE. Для установки ПО достаточно запустить исполняемый файл и следовать инструкциям. После завершения инсталляции ПО, программатор подключается через USB интерфейс системным кабелем на персональный компьютер.

Программа автоматически обнаруживает устройство. Также к программатору PICkit 3 подключают целевую микросхему через интерфейс соединения. Возможно, придётся настроить программу MPLAB IDE для работы с конкретным проектом. Подробно настройки описывает «Инструкция по эксплуатации PICkit 3».

Видеоматериал по теме как практика программирования

Ролик видео, представленный ниже, наглядно демонстрирует возможности применения устройства в обычной практике. Видео позволяет ближе познакомиться с прибором и особенностями программирования:

При помощи информации: Microchip

Используемые источники:

• https://habr.com/post/86527/
• https://go-radio.ru/usb-programmator-pic-svoimi-rukami.html
• https://zetsila.ru/%d0%bf%d1%80%d0%be%d0%b3%d1%80%d0%b0%d0%bc%d0%bc%d0%b0%d1%82%d0%be%d1%80-%d0%be%d1%82%d0%bb%d0%b0%d0%b4%d1%87%d0%b8%d0%ba-pickit-3/