Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

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.

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

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.

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

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).

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

Характеристики, которых приведены в таблице ниже.

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

Кроме 8 битных микроконтроллеров компания Microchip производит 16-битные:

  • PIC24F;

  • 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:

ремонт электроники в Костроме

  • 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;

  • 2 компаратора;

  • 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);

  • 224 байта ОЗУ;

  • 128 байт EEPROM;

  • USART последовательный порт;

  • внутренний 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:

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

Блочная внутренняя схема этого микроконтроллера изображена ниже.

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

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.

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

Например, порты RB0-RB3 могут выступать в роли аналоговых. К RA6, RA7 в случае необходимости подключается 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 а 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).

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

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.

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

Фрагмент схемы с подключенным к pic16f628a внешним резонатором:

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

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.

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

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

Ремонт компьютеров в Костроме

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).

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

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.

2. Компилятор.

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.

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

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).

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

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

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

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

Микроконтроллеры PIC для начинающих: схемы, программирование

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.

Алексей Бартош

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *