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

Roman1984ЭлектроникаДобавлено 8 комментариев Развитие электроники идёт стремительными темпами, и всё чаще главным элементом того или иного устройства является микроконтроллер. Он выполняет основную работу и освобождает проектировщика от необходимости создания изощрённых схемных решений, тем самым уменьшая размер печатной платы до минимального. Как всем известно, микроконтроллером управляет программа, записанная в его внутреннюю память. И если опытный программист-электронщик не испытывает проблем с использованием микроконтроллеров в своих устройствах, то для начинающего радиолюбителя попытка записать программу в контроллер (особенно PIC) может обернуться большим разочарованием, а иногда и небольшим пиротехническим шоу в виде дымящей микросхемы.Как ни странно, но при всём величии сети Интернет в нём очень мало информации о прошивке PIC-контроллеров, а тот материал что удаётся найти — очень сомнительного качества. Конечно, можно купить заводской программатор за неадекватную цену и шить сколько душе угодно, но что делать, если человек не занимается серийным производством. Для этих целей можно собрать несложную и не дорогую в реализации самоделку, именуемую JDM-программатором по приведенной ниже схеме (рисунок №1):Рисунок №1 — схема программатораСразу привожу перечень элементов для тех, кому лень всматриваться в схему:В схеме использован пример подключения таких распространённых контроллеров, как PIC12F675 и PIC12F629, но это совсем не значит, что прошивка других серий PIC будет невозможна. Чтобы записать программу в контроллер другого типа, достаточно перекинуть провода программатора в соответствии с рисунком №2, который приведён ниже.Рисунок №2 — варианты корпусов PIC-контроллеров с необходимыми выводамиКак можно догадаться, в схеме моего программатора использован корпус DIP8. При большом желании можно изготовить универсальный переходник под каждый тип микросхемы, получив тем самым универсальный программатор. Но так как с PIC-контроллерами работаю редко, для меня хватит и этого.Хоть сама схема довольно проста и не вызовет трудностей в сборке, но она тоже требует уважения. Поэтому неплохо было бы сделать под неё печатную плату. После некоторых манипуляций с программой SprintLayout, текстолитом, дрелью и утюгом, на свет родилась вот такая заготовка (фото №3).Фото №3 — печатная плата программатораСкачать исходник печатной платы для программы SprintLayout можно по этой ссылке:При желании его можно изменить под свой тип PIC-контроллера. Для тех, кто решил оставить плату без изменений, выкладываю вид со стороны деталей для облегчения монтажа (рисунок №4).Рисунок №4 — плата с монтажной стороныЕщё немного колдовства с паяльником и мы имеем готовое устройство, способное прошить PIC-контроллер через COM-порт вашего компьютера. Ещё тёпленький и не отмытый от флюса результат моих стараний показан на фото №5.Фото №5 — программатор в сбореС этого момента, первый этап на пути к прошивке PIC-контроллера, подошёл к концу. Второй этап будет включать в себя подключение программатора к компьютеру и работу с программой IC-Prog.К сожалению, не все современные компьютеры и ноутбуки способны работать с данным программатором ввиду банального отсутствия на них COM-портов, а те что установлены на ноутбуках не выдают необходимые для программирования 12В. Так что я решил обратится к своему первому ПК, который давным-давно пылился и ждал своего звёздного часа (и таки дождался).Итак включаем компьютер и первым делом устанавливаем программу IC-Prog. Скачать её можно с сайта автора или по этой ссылке: Подключаем программатор к COM-порту и запускаем только что установленное приложение. Для корректной работы необходимо выполнить ряд манипуляций. Изначально необходимо выбрать тот тип контроллера, который собираемся шить. У меня это PIC12F675. На скриншоте №6 поле для выбора контроллера выделено красным цветом.Скриншот №6 — выбор типа микроконтроллераДалее переходим в меню «Настройки»->»Опции«, в появившемся окне выбираем вкладку I2C и ставим галочки, как показано на скриншоте №7.Скриншот №7 — настройка метода записи контроллераВ этом же окне переходим во вкладку «Программирование» и выбираем пункт «Проверка при программировании«. Проверка после программирования может вызвать ошибку, так как в некоторых случаях самой прошивкой устанавливаются фьюзы блокировки считывания СР. Чтобы не морочить себе голову данную проверку лучше отключить. Короче следуем скриншоту №8.Скриншот №8 — настройка верификацииПродолжаем работу с этим окном и переходим на вкладку «Общие«. Здесь необходимо задать приоритет работы программы и обязательно задействовать NT/2000/XP драйвер (скриншот №9). В некоторых случаях программа может предложить установку данного драйвера и потребуется перезапуск IC-Prog.Скриншот №9 — общие настройкиИтак, с этим окном работа окончена. Теперь перейдём к настройкам самого программатора. Выбираем в меню «Настройки»->»Настройки программатора» или просто нажимаем клавишу F3. Появляется следующее окно, показанное на скриншоте №10.Скриншот №10 — окно настроек программатораПервым делом выбираем тип программатора — JDM Programmer. Далее выставляем радиокнопку использования драйвера Windows. Следующий шаг подразумевает выбор COM-порта, к которому подключен ваш программатор. Если он один, вопросов вообще нет, а если более одного — посмотрите в диспетчере устройств, какой на данным момент используется. Ползунок задержки ввода/вывода предназначен для регулирования скорости записи и чтения. Это может понадобится на быстрых компьютерах и при возникновении проблем с прошивкой — этот параметр необходимо увеличить. В моём случае он остался по умолчанию равным 10 и всё нормально отработало.На этом настройка программы IC-Prog окончена и можно переходить к процессу самой прошивки, но для начала считаем данные с микроконтроллера и посмотрим что в него записано. Для этого на панели инструментов нажимаем на значок микросхемы с зелёной стрелкой, как показано на скриншоте №11.Скриншот №11 — процесс чтения информации с микроконтроллераЕсли микроконтроллер новый и до этого не прошивался, то все ячейки его памяти будут заполнены значениями 3FFF, кроме самой последней. В ней будет содержаться значение калибровочной константы. Это очень важное и уникальное для каждого контроллера значение. От него зависит точность тактирования, которая путём подбора и установки этой самой константы закладывается заводом изготовителем. На скриншоте №12 показана та ячейка памяти, в которой будет храниться константа при чтении контроллера.Скриншот №12 — значение калибровочной константыПовторюсь, что значение уникальное для каждой микросхемы и не обязательно должно совпадать с тем, что на рисунке. Многие по неопытности затирают эту константу и в последствии PIC-контроллер начинает некорректно работать, если в проекте используется тактирование от внутреннего генератора. Советую записать эту константу и наклеить надпись с её значением прямо на контроллер. Таким образом вы избежите множество неприятностей в будущем. Итак, значение записано — двигаемся дальше. Открываем файл прошивки, имеющий как правило расширение .hex. Теперь вместо надписей 3FFF, буфер программирования содержит код нашей программы (скриншот №13).Скриншот №13 — прошивка, загруженная в буфер программированияВыше я писал, что многие затирают калибровочную константу по неосторожности. Когда же это происходит? Это случается в момент открытия файла прошивки. Значение константы автоматически меняется на 3FFF и если начать процесс программирования, то назад дороги уже нет. На скриншоте №14 выделена та ячейка памяти где ранее была константа 3450 (до открытия hex-файла).Скриншот №14 — автоматическое изменение калибровочной константыТеперь нужно очень внимательно выполнить последующие действия. Нажимаем иконку микросхемы с молнией на панели инструментов, тем самым сообщая программе, что мы хотим инициировать процесс прошивки. Программа спросит уверены ли мы, что хотим прошить данное устройство. Соглашаемся и нажимаем «ДА«. После этого получаем предупреждение, показанное на скриншоте №15.Скриншот №15 — предупреждение о расхождении значений константы тактированияIC-Prog сообщает нам, что ранее было установлено одно значение калибровочной константы (в моём случае 3450), а теперь другое (3FFF), автоматически подставленное из hex-файла. Также по умолчанию предлагается оставить значение 3FFF. Здесь важно нажать «НЕТ«, чтобы IC-Prog во время программирования вернул нам значение 3450 или то, что будет у вас. В общем жмём «НЕТ» и наблюдаем следующее окно (скриншот №16).Скриншот №16 — процесс программированияВ этот период советую ничего не нажимать и не грузить компьютер другими задачами. Когда я делал снимок экрана для этой статьи, то при нажатии на кнопку Print Screen вылетела ошибка записи и пришлось проделывать всё заново. По истечении некоторого времени IC-Prog выдаст вам сообщение об успешной проверке вновь записанного кода в ваш PIC-контроллер, так что всем кому понравилась эта статья, желаю увидеть вот это после аналогичных стараний (скриншот №17):Скриншот №17 — прошивка прошла успешно, можно расслабитьсяЕсли в процессе у вас возникнут какие-либо вопросы, внимательно перечитайте статью заново и всё обязательно получится — проверено лично. Всем удачи и творческих успехов!!!Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

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.

USB программатор PIC своими руками

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.

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.

Миниатюрный USB программатор для AVR микроконтроллеров

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.

Часть 1. Необходимые инструменты и программы. Основы MPLAB
Часть 2. Что такое микроконтроллер и как с ним работать
Часть 3. Структура программы на ассемблере
Часть 4. Разработка рабочей части программы. Алгоритмы
Часть 5. Ассемблер. Организация циклов и ветвлений
Часть 6. Как перевести контроллер в режим программирования и залить в него прошивку

Я ни раз задавал сам себе вопрос, с какого бы языка начинать изучение. Твёрдо отвечаю вЂ“ Си, т.к. в ассме много рутины и условностей, что лишает творчества. Постоянно надо проверять и перепроверять себя, а не забыл ли ты то или иное действие. В ассме есть свои неоспоримые преимущества, но о них потом, т.к. это почувствовать можно только на практике. C языком определились. Реально Си учить не надо. Я вам так скажу вЂ“ мой Си это условно десять пазлов и море логики, которые я комбинирую. Можно ничего не знать, важно понимать механизм, т.е. что на что влияет и к чему приводит. Это как игра в тетрис в котором нужно лишь крутить фигуры и плотнее их ставить. Если вы играли в тетрис (не уверен что вы знаете эту игру), то вы легко поймете что такое Си. Далее о макете (макетной плате). И на эту тему мне задавали вопрос. И пришел к выводу, что человеку, который не первый день в электронике делать какую-то плату или платку с кнопками и светодиодами не интересно. Школьнику мигалка, пищалка и кнопка будут интересны. Но не взрослому человеку. Тем более всё это можно сделать в Протеусе. Протеус изучается за 30 мин. Тогда вы меня спрашиваете, а что же сделать? Сделать практическое устройство по которому у вас будет цель вЂ“ цель доделать это устройство до конца. Это самый главный психологический стимул. Из каких компонентов должно быть устройство? Несколько кнопок (хоть десяток), семисегментные индикаторы 2-5 разрядов, микроконтроллер PIC16F628A (или без А) (на этом микроконтроллере можно много фантазировать), ну и оставить 1-2-3 свободные линии, чтобы что-то внешнее подключить или управлять. У меня всё начинается с идеи и вопроса что собрать и подключить к МК, и сразу думаю, а как это будет подключаться к МК и может ли работать такое подключение. Ну и собственно процесс рисования печатной платы идет в параллели. НеобходимоВ знать и учитывать при рисовании, что не все ножки одинаково работают. И именно это важное начальное условие расписывается в самоучителе с самого начала. В связи с этим ваша задача сейчас по моему самоучителю разобраться с выводами (ножками), как, какие, в какую сторону, при каких условиях работают эти вывода. При всей простоте задачи вы столкнетесь с массой других несложных вещей, которые нужно изучить. Что в итоге вы получите? 1) Понимание как, что и с чем соединять. 2) Как управляются эти соединения на элементарном уровне. 3) Начнете привыкать к интерфейсу среды разработки. 4) Начнете изучать структуру текста программы. 5) Начнете понимать механизм работы программы. Важное условие вЂ“ вдумчиво читать подряд. Вдумчиво и подряд. Возможно перечитывать. Мир вам.