Microchip studio руководство на русском

В статье приведен обзор экосистемы Microchip и ее основных программных составляющих, таких как MPLAB X IDE, MPLAB Code Configurator, MPLAB Harmony и т. д., предназначенных для упрощения процесса разработки встраиваемых решений

Когда речь заходит об электронной промышленности, конкурентоспособность того или иного производителя во многом определяется скоростью вывода на рынок новых решений или обновления функционала уже существующих продуктов. Оба фактора зависят от сложности самого решения, а также применяемых при его построении аппаратных и программных средств. Использование продуктов от разных производителей может значительно усложнить процесс и отнять время и силы у ценных сотрудников, которые будут вынуждены прибегать к различным хитростям и «костылям» для интеграции новых компонентов в проект и их последующей настройки. Выходом из ситуации является использование продуктов, совместимость которых не вызывает сомнений еще на этапе закупки. Как правило, это решения от одного производителя, который предоставляет своим клиентам не только отдельные компоненты, но и целую экосистему, призванную максимально упростить построение проектов и ускорить процесс производства. Одним из таких производителей является основанная в 1987 году американская компания Microchip (Рисунок 1).

Рисунок 1.	Экосистема компании Microchip.

В данной статье рассказывается об основных составляющих экосистемы для работы с микроконтроллерами и микропроцессорами компании Microchip. Прежде всего речь пойдет о программном обеспечении; именно на этом поприще компания за последние несколько лет достигла определенных успехов и создала продукты, способные значительно ускорить процесс разработки.

Предложенные в статье программные решения позволяют создавать масштабные проекты с возможностью установки плагинов и отладки в реальном времени (MPLAB X IDE), генерировать и редактировать код онлайн, без установки программы на персональный компьютер (MPLAB Xpress), настраивать работу контроллеров при помощи графического интерфейса (MPLAB Code Configurator, MPLAB Harmony), добавлять новый функционал в уже знакомые среды разработки (Microchip Studio) и многое, многое другое.

Программные средства разработки Microchip

Microchip предлагает своим клиентам широкий перечень программных решений, позволяющих значительно упростить процесс разработки и отладки программного кода при работе с компонентами, входящими в экосистему компании.

На текущий момент пользователям доступны следующие решения:

• MPLAB X IDE – полнофункциональная интегрированная среда разработки (IDE), предназначенная для разработки кода для микроконтроллеров PIC, цифровых сигнальных контроллеров (DSC) dsPIC, а также микроконтроллеров AVR и SAM. Среда построена на основе IDE NetBeans с открытым исходным кодом от Apache Software Foundation.
   
• MPLAB Xpress – представляет собой бесплатную онлайн-среду разработки, которая не требует установки или настройки системы. MPLAB Xpress имеет более ограниченный функционал по сравнению с MPLAB X IDE, однако поддерживает ее наиболее популярные функции, такие как конфигуратор кода MPLAB.
   
• Конфигуратор кода MPLAB (MCC) – бесплатный графический плагин для инициализации системы, который также предоставляет драйверы для работы с компонентами. MCC может использоваться для настройки широкого спектра периферийных устройств и поддерживает работу с микроконтроллерами AVR и PIC.
   
• MPLAB Harmony – гибкий фреймворк, включающий в себя программные модули, которые выступают в роли строительных блоков при создании приложения. Используя MPLAB Harmony, разработчик может включить в свой проект библиотеки и программные драйверы как компании Microchip, так и сторонних производителей. MPLAB Harmony поддерживает работу с 32-битными микроконтроллерами PIC и SAM.
   
• Компиляторы MPLAB XC – комплексное решение для компиляции разрабатываемого программного кода. MPLAB XC поддерживает 8-битные PIC и AVR в версии MPLAB XC8, 16-битные PIC и dsPIC DSC в MPLAB XC16 и 32-битные PIC и SAM в MPLAB XC32. Для компиляторов MPLAB XC доступны два вида лицензии: бесплатная – включает базовые функции оптимизации и PRO – ориентирована на проекты, требующие максимальной оптимизации по скорости и размеру бинарного файла.
   
• Microchip Studio (Atmel Studio 7) – интегрированная среда разработки (IDE) для написания кода и отладки микроконтроллеров AVR и SAM.
• Atmel START – бесплатный онлайн-инструмент для графического конфигурирования микроконтроллеров для встраиваемых приложений на базе микроконтроллеров AVR и SAM.

Как несложно заметить, те или иные программные средства подходят только для определенного типа контроллеров. В Таблице 1 приведены данные по возможности работы с программным обеспечением в зависимости от выбранного микроконтроллера или микропроцессора.

Таблица 1.

Данные по возможности работы программного обеспечения в зависимости от выбранного микроконтроллера или микропроцессора

Микро- контроллеры AVR Микро- контроллеры PIC Цифровые контроллеры сигналов dsPIC Микро- контроллеры SAM Семейства микро- контроллеров CEC/MEC Микро- процессоры IDE MPLAB X IDE + + + + + + MPLAB Xpress + + + — — — Microchip Studio + — — + — — Компиляторы MPLAB XC + + + + + + AVR GCC + — — — — — ARM GCC [1] — — — + — + Конфигураторы кода MPLAB Code Configurator + + + — — — MPLAB Harmony — +, только для 32-битных версий — + — + Atmel Start + — — + — — Средства програм- мирования для производства MPLAB IPE + + + + — — MPLAB PM3 — + + — — —

Для упрощения процесса работы, компания Microchip объединила информацию по своим продуктам в раздел Microchip Developer Help [2], в котором подробно описаны все тонкости работы с приведенными выше программными пакетами, а также приведены ссылки на продукты, дополнительные ресурсы, видеоуроки, курсы и документацию.

Стоит также учитывать возможность работы программного обеспечения на той или иной операционной системе. Например, инструменты разработки MPLAB совместимы с операционными системами Windows, Linux и macOS, а Microchip Studio (Atmel Studio 7) способна работать только под Windows.

Разберем описанные выше программные решения более подробно.

Интегрированная среда разработки MPLAB X

MPLAB X IDE представляет собой среду, которая объединяет в себе весь необходимый набор инструментов для настройки, разработки, отладки и оценки возможностей микроконтроллеров и микропроцессоров, производимых компанией Microchip (Рисунок 2). Среда построена на основе IDE NetBeans с открытым исходным кодом от Apache Software Foundation и распространяется бесплатно.

Рисунок 2.	Стартовое окно MPLAB X IDE.

MPLAB X IDE обладает широкими возможностями для написания исходного кода программы, ее дальнейшей отладки и оптимизации проекта. Столь обширный функционал обеспечен благодаря наличию в MPLAB X IDE следующих модулей и возможностей (Рисунок 3):

• Менеджер проектов (Project Manager) – служит для управления файлами рабочих групп;
• Редактор кода (Editor) – позволяет редактировать и создавать программный код проекта;
• Поддержка программаторов/отладчиков MPLAB ICD и MPLAB REAL ICE;
• Симулятор MPLAB X Simulator, пошагово моделирующий работу программы;
• Поддержка компиляторов MPLAB XC (XC8, XC16 и XC32) – преобразуют исходный код на языках С, С++, ассемблер в машинный;
• И так далее.

Рисунок 3.	Составляющие среды MPLAB X IDE.

MPLAB X предлагает пользователю широкий функционал, способный помочь быстро отладить проект и минимизировать время разработки. Данная IDE может рассчитать время исполнения операций (инструмент Stopwatch), открыть доступ к переменным и специальным регистрам контроллера, объединить разрозненные файлы в один проект и многое другое. В папке, где размещается MPLAB X, по пути emplatecode лежат файлы-шаблоны для проектов, с которых удобно начать работу.

Кроме того, возможности MPLAB X IDE можно расширить с помощью множества плагинов как от компании Microchip или NetBeans, так и от сторонних производителей.

Примерами доступных для MPLAB X IDE плагинов могут служить:

• Монитор данных и контроллер интерфейсов (DMCI). DMCI позволяет разработчику изучать или изменять содержимое переменных без необходимости остановки приложения во время сеанса отладки;
• Конфигуратор кода Microchip (MCС) – графический плагин для инициализации системы, который также предоставляет драйверы для работы с компонентами;
• Графический интерфейс пользователя SMPS Buck (SMPSGUI) – представляет собой плагин, упрощающий работу и настройку гибридных ШИМ-контроллеров, в частности – MCP19110/11/18/19;
• Конфигуратор дисплея Graphics Display Designer (GDD) – инструмент разработки интерфейсов, который позволяет быстро и легко создавать графический интерфейс пользователя для приложений на основе 16- или 32-разрядных микроконтроллеров PIC;
• Программный пакет Proteus VSM Viewer, позволяющий виртуально собрать схему электронного устройства и симулировать его работу, выявляя ошибки, допущенные на стадии проектирования и трассировки;
• Модуль отладки Segger J-Link, позволяющий работать с устройствами JTAG;
• И так далее.

Полный список доступных и установленных плагинов можно найти в соответствующем разделе программы.

Следует отметить, что помимо положений, описанных в руководстве Microchip Developer Help, которое уже упоминалось ранее, компания Microchip предоставляет своим клиентам специальный обучающий курс [3], в котором приведено подробное описание среды. По окончании курса пользователь получит основные представления о принципах работы с MPLAB X IDE, узнает, как открыть и построить проект, усвоит основные принципы отладки и загрузки кода в микроконтроллер и многое другое.

MPLAB Xpress IDE

В тех случаях, когда у клиента нет возможности установить полноценную MPLAB X IDE для работы или необходимо быстро создать/отредактировать проект, на помощь приходит среда Microchip MPLAB Xpress. MPLAB Xpress – это бесплатная интерактивная онлайн-среда разработки, которая не требует какой-либо установки или настройки системы. Для начала работы со средой достаточно перейти на страницу MPLAB Xpress [4]. MPLAB Xpress является упрощенной и усовершенствованной версией MPLAB X IDE и содержит основные ее наиболее популярные и необходимые для работы функции (Рисунок 4).

Рисунок 4.	Работа с тестовым проектом в среде MPLAB Xpress.

MPLAB Xpress станет прекрасным выбором для тех, кто только начинает знакомство с продукцией компании Microchip. Когда же дело дойдет до серьезной разработки и возможностей MPLAB Xpress окажется недостаточно, пользователь сможет без труда перенести существующий проект в MPLAB X IDE.

MPLAB Xpress включает в себя последнюю версию MPLAB Code Configurator и совместима с оценочными платами MPLAB Xpress, платами Curiosity, Explorer 16/32 и программатором/отладчиком PICkit 4. В MPLAB Xpress разработчику также доступна программная симуляция проекта и его аппаратная отладка на подключенной к персональному компьютеру отладочной плате (Рисунок 5).

Рисунок 5.	Установка подключения к отладочной плате для работы в MPLAB Xpress.

Также стоит отметить внушительный объем хранилища (10 Гбайт) для хранения файлов проектов и репозиторий, где пользователь может делиться своими идеями с другими пользователями или черпать вдохновение из уже существующих решений. Вся доступная информация по работе со средой, как и в случае с MPLAB X, располагается в разделе Microchip Developer Help [5].

MPLAB Code Configurator

MPLAB Code Configurator (MCC) – бесплатный графический плагин для инициализации системы, который также предоставляет драйверы для работы с компонентами. MCC имеет интуитивно понятный интерфейс и содержит в себе богатый набор периферийных устройств и функций.

К ключевым особенностям MPLAB Code Configurator можно отнести:

• Инициализация в графической форме системных регистров, портов ввода/вывода и независимой от ядра периферии;
• Отображение списка доступных и выбранных периферийных модулей для конкретного микроконтроллера;
• Система оповещений, предупреждающая о возможных ошибках конфигурирования;
• Может использоваться для настройки и генерации библиотек.

MPLAB Code Configurator поддерживает микроконтроллеры PIC и AVR и позволяет создавать рабочий код всего за несколько кликов мышкой, что значительно ускоряет процесс разработки, особенно когда дело касается прототипов (Рисунок 6).

Рисунок 6.	Пример работы в MPLAB Code Configurator.

Существует 3 варианта начала работы с MPLAB Code Configurator:

1. Использование облачной IDE MPLAB Xpress. MPLAB Xpress уже включает в себя предустановленный MPLAB Code Configurator и все, что требуется пользователю для начала работы, – это создать новый или открыть существующий проект и выбрать соответствующий раздел в шапке меню. Открытие проекта необходимо для того, чтобы MCC мог получить имя используемого контроллера и подгрузить необходимые данные, касающиеся регистров и битов конфигурации, а также настроить графический интерфейс.
    
2. Установить плагин MCC в MPLAB X IDE. Если у вас установлена MPLAB X IDE, все, что вам нужно сделать, чтобы начать работу с MCC, – это загрузить его из библиотеки плагинов через вкладку «Plugins».
    
3. Ручная установка плагина MCC в MPLAB X IDE. В тех случаях, когда пользователю необходимо использовать предыдущие версии MCC, он может установить требуемую версию плагина вручную, предварительно скачав соответствующий файл с сайта компании.

MPLAB Harmony v3

MPLAB Harmony представляет собой фреймворк для разработки встроенного программного обеспечения на базе 32-разрядных микроконтроллеров и микропроцессоров. MPLAB Harmony предоставляет пользователю гибкие и функционально совместимые программные модули, которые выступают в роли строительных блоков при создании приложения и упрощают процесс разработки и, как следствие, способствуют сокращению времени вывода продукта на рынок (Рисунок 7).

Рисунок 7.	Пример настройки проекта в MPLAB Harmony.

Модули в MPLAB Harmony делятся на четыре категории:

• Библиотеки периферии;
• Драйверы устройств;
• Системные службы;
• Промежуточное программное обеспечение (middleware).

Библиотеки периферии (PLIB) обеспечивают низкоуровневый интерфейс с периферийными модулями, позволяя разработчику не задумываться о том, что происходит на уровне регистров, чем облегчают написание драйверов для микроконтроллеров семейства PIC. Однако библиотеки не предназначены для применения непосредственно в приложении, поскольку при использовании нескольких библиотек очень высока вероятность конфликта, возникающего при распределении ресурсов. Драйверы устройства являются надстройкой над библиотеками и обеспечивают простое и высокоабстрактное взаимодействие с периферийными модулями с помощью определенных функций. Применение драйверов также позволяет избежать конфликтов между библиотеками. Middleware-модули необходимы для организации работы периферийных блоков со сложными протоколами, например, стеков TCP/IP, USB. За тем, чтобы драйверы или middleware-модули не конфликтовали между собой из-за каких-либо общих ресурсов, следят системные службы.

Исходя из всего вышесказанного, к ключевым преимуществам MPLAB Harmony можно отнести:

• Независимая от ядра реализация, поддерживает архитектуры MIPS и Cortex Arm;
• Переносимость кода даже в пределах разных семейств контроллеров;
• Простой процесс настройки и работы благодаря графическому интерфейсу и конфигуратору MPLAB Harmony Configurator (MHC), который позволяет проводить конфигурацию и генерацию начального кода, периферийных библиотек и промежуточного программного обеспечения (USB, TCP / IP и т. д.);
• Многоуровневая модульная структура, соответствующая стандартам MIRSA-C: 2012;
• Более 1000 примеров приложений;
• Возможность работы с 32-разрядными семействами PIC (на базе MIPS) и SAM (на базе Cortex Arm);
• Возможность работы со сторонними решениями, такими как FreeRTOS и Micrium, возможность импортировать проекты, созданные в IAR Embedded Workbench

MPLAB Harmony доступна для загрузки из репозитория Harmony GitHub [6]. Также она может установлена в MPLAB X IDE через раздел плагинов.

Компиляторы MPLAB XC

Компиляторы MPLAB XC – это, пожалуй, то, без чего сложно представить работу основных программных средств компании, таких как MPLAB X и MPLAB Xpress.

Подобрать подходящий компилятор для конкретного проекта достаточно просто, все зависит от выбранного микроконтроллера (Таблица 2).

Таблица 2.	Компиляторы Microchip
Компилятор Поддерживаемые микроконтроллеры MPLAB XC8 8-битные микроконтроллеры PIC и AVR MPLAB XC16 16-битные микроконтроллеры PIC, цифровые сигнальные контроллеры (DSC) dsPIC MPLAB XC32/32++ 32-битные микроконтроллеры PIC и SAM.

Компиляторы MPLAB XC обеспечивают высокую степень оптимизации кода и могут сократить конечный размер файла до 70%. Бесплатные версии MPLAB XC предлагают пользователю следующие уровни оптимизации:

• O0 – код находится в исходном состоянии,
• O1 – позволяет провести оптимизацию кода без влияния на процесс отладки,
• O2 – позволяет провести сбалансированную оптимизацию скорости и размера кода.

Если стандартных уровней оптимизации оказывается недостаточно, разработчик может приобрести расширенную PRO-лицензию и получить доступ к следующим возможностям

• Os – позволяет произвести максимальное сокращение размера кода;
• O3 – позволяет провести лучшую оптимизацию с точки зрения скорости выполнения и работы кода;
• mpa (процедурная абстракция) – еще больше уменьшает размер кода

Лицензия PRO, как правило, применяется в проектах, требующих максимального сокращения кода и максимальной производительности. Для ознакомления с возможностями MPLAB XC PRO пользователь может получить бесплатную 60-дневную пробную версию лицензии и продлить или отказаться от нее по истечении пробного периода.

MPLAB XC PRO поддерживает несколько типов лицензии:

• Лицензия для рабочей станции;
• Лицензия по подписке;
• Лицензия сайта;
• Лицензия сервера;
• Лицензия виртуальной машины;
• Лицензия на электронном ключе.

Дополнительно пользователю также доступна подписка High Priority Access (HPA), которая может быть активирована бесплатно на 12 месяцев при приобретении MPLAB XC PRO. HPA дает пользователю приоритет в получении технической поддержки по запросам, связанным с компилятором.

Помимо лицензии MPLAB XC PRO, компания Microchip также предлагает своим клиентам версии компиляторов для приложений, критических к отказам. Эти версии сертифицированы немецкой экспертной организацией TÜV SÜD в соответствии с современными стандартами безопасности ISO 26262, IEC 61508, IEC 62304 и IEC 60730.

Microchip Studio (Atmel Studio 7)

Все, кто хоть раз имел дело с разработкой программного кода для микроконтроллеров, наверняка слышали о среде Atmel Studio. После того как Microchip завершила сделку по покупке компании Atmel в 2016 году, все права на среду разработки (как и на сами микроконтроллеры) перешли к новому правообладателю, а сама IDP стала носить гордое название Microchip Studio.

Microchip Studio представляет собой интегрированную платформу разработки (IDP) для создания и отладки приложений на базе микроконтроллеров AVR и SAM. Atmel Studio влилась в широкое портфолио средств разработки от Microchip и предлагает пользователям простой в использовании функционал для написания, сборки и отладки приложений, написанных на языках C/C++ или ассемблере (Рисунок 8).

Рисунок 8.	Пример работы с проектом в среде Microchip Studio.

Несмотря на то, что среда получила новое название и слегка измененный внешний вид, пользователи по-прежнему могут свободно использовать документацию, курсы и видеоуроки, созданные для Atmel Studio. То же касается и аппаратной части, в частности программаторов AVR и SAM.

Microchip Studio устанавливается вместе с компиляторами avr-gcc, avr32-gcc и arm-none-eabi-gcc, в дополнение к которым был также добавлен MPLAB XC8. Его расширенная версия MPLAB XC8 PRO включает в себя улучшенную степень оптимизации, уменьшенный размер кода и успешно конкурирует с более дорогими представленными на рынке решениями.

Ключевые особенности среды Microchip Studio:

• Поддержка более 500 устройств AVR и SAM;
• Встроенный компилятор MPLAB XC8;
• Более 1600 примеров проектов с исходными кодами, доступными через Advanced Software Framework (ASF);
• Расширение возможностей IDE через Microchip Gallery – онлайн-магазин инструментов разработки и встроенного программного обеспечения от Microchip и сторонних производителей;
• QTouch Composer – набор инструментов для разработки и настройки емкостных сенсорных устройств, проверки производительности системы, мониторинга энергопотребления с возможностью работы в режиме реального времени;
• Wireless Composer набор инструментов для разработки и настройки беспроводных устройств;
• Расширенные функции отладки, включая степпинг и точки останова, поддержку трассировки (SAM3 и SAM4), статистическое профилирование кода, отслеживание/мониторинг прерываний, отслеживание значений переменных в режиме реального времени и многое другое;
• Встроенный редактор кода, менеджер проектов, виртуальный симулятор, модуль внутрисхемной отладки и интерфейс командной строки;
• Возможность написания кода и моделирования прерываний, работы периферийных устройств и других внешних воздействий для конкретной модели контроллера;
• Возможность создания дизайна приложений с низким энергопотреблением;
• Отслеживание данных о потребляемой мощности во время отладки программы при помощи Power Debugger.

Еще одной особенностью является возможность импорта в Microchip Studio проектов Arduino, что позволяет значительно упростить и ускорить процесс перехода от создания прототипа к организации полноценного производства. Microchip Studio поддерживает работу с Arduino Zero и платами расширения Arduino Shield.

Atmel START

Atmel START представляет собой онлайн-инструмент для конфигурирования и настройки проектов встраиваемого программного обеспечения при помощи графического интерфейса. Atmel START основан на последнем поколении Advanced Software Framework и дает возможность разработчику выбирать и настраивать программные компоненты, драйверы и промежуточное ПО, а также подбирать примеры проектов, специально адаптированных под потребности создаваемого решения. При работе в Atmel START пользователь может просматривать зависимости между программными компонентами, предотвращая тем самым конфликты и аппаратные ограничения. В случае возникновения конфликта Atmel START автоматически предложит решения, подходящие для данной конкретной конфигурации.

Начиная работу с Atmel START, пользователь может создать новый проект или начать работу с уже существующим примером. После завершения конфигурирования программного обеспечения пользователь может загрузить сгенерированный проект и открыть его в IDE, установленной на персональном компьютере, например, Microchip Studio 7, IAR Embedded Workbench, Keil µVision (Рисунок 9).

Рисунок 9.	Процесс работы с онлайн-инструментом Atmel START.

Atmel START предоставляет пользователю следующие преимущества:

• Дает возможность найти и протестировать примеры для своего решения;
• Позволяет сконфигурировать микроконтроллер, настроить драйверы и промежуточное ПО;
• Позволяет настроить параметры таймеров и тактирование;
• Дает возможность подготовить проект для работы на современной IDE;
• И многое другое.

Отдельно следует отметить TrustZone Manager – графический интерфейс для настройки параметров безопасной (защищенной) зоны, также интегрированный в Atmel START.

Технология Arm TrustZone обеспечивает аппаратное разделение так называемых защищенных и незащищенных зон. Данное разделение позволяет обезопасить критически важные функции или конфиденциальную информацию, хранящуюся в защищенной зоне, от доступа из компонентов, расположенных вовне. Технология TrustZone, в частности, доступна при работе с микроконтроллерами SAM L11.

Заключение

Инженеры и разработчики постоянно находятся в поиске новых решений, способных дать им больше возможностей, принести что-то новое в уже существующие проекты или ускорить процесс разработки. Однако интеграция в проект продукции от разных производителей может повлечь за собой проблемы, связанные с сопряжением функционала. Одним из выходов является использование продуктов, входящих в единую экосистему, такую, как предлагает своим клиентам компания Microchip. Экосистема Microchip – это не только дискретные компоненты, микроконтроллеры и отладочные комплексы, но и мощное программное обеспечение, способное удовлетворить потребности как матерых разработчиков, так и молодых инженеров, которые только начинают свой путь.

Ссылки

1. microchip.com/avr-support/avr-and-arm-toolchains-(c-compilers)
2. microchipdeveloper.com
3. developerhelptraining.thinkific.com/courses/take/introtomplabx/texts/5392043-introduction
4. microchip.com/en-us/development-tools-tools-and-software/mplab-xpress
5. microchipdeveloper.com/mplabx:start
6. github.com/Microchip-MPLAB-Harmony

Время на прочтение
15 мин

Количество просмотров 130K

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.

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 (< 6,5В)
• Потребление:
— <1,0 мА @ 5,5В, 4МГц
— 20 мкА (тип) @ 32 кГц, 2,0В
— <1,0 мкА (тип) в режиме SLEEP@2,0В
• Рассеиваемая мощность: 0,8Вт
• Многофункциональные каналы ввода/вывода: 6/5
• Максимальный выходной ток портов GPIO: 125мА
• Ток через программируемые внутренние подтягивающие резисторы портов: ≥50 (250) ≤400 мкА @ 5,0В
• Разрядность контроллера: 8
• Тактовая частота от внешнего генератора: 20 МГц
Длительность машинного цикла: 200 нс
• Тактовая частота от внутреннего RC генератора: 4 МГц ±1%
Длительность машинного цикла: 1мкс
• FLASH память программ: 1К
Число циклов стирание/запись: ≥1000
• ОЗУ память данных: 64
• EEPROM память данных: 128
Число циклов стирание/запись: ≥10K (-40оС ≤TA≤ +125 оС)
• Аппаратные регистры специального назначения: 16
• Список команд: 35 инструкций, все команды выполняются за один машинный цикл,
кроме команд перехода, выполняемых за 2 цикла
• Аппаратный стек: 8 уровней
• Таймер/счетчик ТМR0: 8-разрядный с предделителем
• Таймер/счетчик ТМR1: 16-разрядный с предделителем

Дополнительные особенности:

• Сброс по включению питания (POR)
• Таймер сброса (PWRTтаймер ожидания запуска генератора (OST
• Сброс по снижению напряжения питания (BOD)
• Сторожевой таймер WDT
• Мультиплексируемый вывод -MCLR
• Система прерываний по изменению уровня сигнала на входах
• Индивидуально программируемые для каждого входа подтягивающие резисторы
• Программируемая защита входа
• Режим пониженного энергопотребления SLEEP
• Выбор режима работы тактового генератора
• Внутрисхемное программирование ICSP с использованием двух выводов
• Четыре пользовательские ID ячейки

Предельная рабочая температура для Е исполнения (расширенный диапазон) от -40оС до +125 оС;
Температура хранения от -65оС до +150 оС.

КМОП технология контроллера обеспечивает полностью статический режим работы, при котором остановка тактового генератора не приводит к потере логических состояний внутренних узлов.
Микроконтроллер PIC12F629 имеет 6-разрядный порт ввода/вывода GPIO. Один вывод GP3 порта GPIO работает только на вход, остальные выводы можно сконфигурировать для работы как на вход так и на выход. Каждый вывод GPIO имеет индивидуальный бит разрешения прерываний по изменению уровня сигнала на входах и бит включения внутреннего подтягивающего резистора.

Интегрированная среда разработки MPLAB IDE

MPLAB IDE — бесплатная интегрированная среда разработки ПО для микроконтроллеров PIC включает средства для создания, редактирования, отладки, трансляции и компоновки программ, записи машинного кода в микроконтроллеры через программаторы.

Загрузка MPLAB IDE

Бесплатные версии MPLAB (включая MPLAB 8.92) хранятся на сайте компании Microchip в разделе «DOWNLOAD ARCHIVE».

Создание проекта

Пример создания проекта программ PIC контроллера в среде MPLAB включает следующие шаги [2].

1. Вызов менеджера проекта.

2. Выбор типа PIC микроконтроллера.

3. Выбор компилятора, например, Microchip MPASM для ассемблера.

4. Выбор пути к каталогу проекта (клавиша Browse…) и ввод имени проекта.

5. Подключение файлов к проекту в окне Project Wizard → Step Four можно не выполнять. Это можно сделать позднее, внутри активного проекта. Клавиша Next открывает следующее окно.

6. Завершение создания проекта (клавиша Finish).

В результате создания проекта FirstPrMPLAB интерфейс MPLAB принимает вид, показанный на Рис. 1.

Рис. 1. Интерфейс среды MPLAB v8.92 и шаблон проекта.

Создание файла программы
Программу можно создать при помощи любого текстового редактора. В MPLAB имеется встроенный редактор, который обеспечивает ряд преимуществ, например, оперативный лексический анализ исходного текста, в результате которого в тексте цветом выделяются зарезервированные слова, константы, комментарии, имена, определенные пользователем.

Создание программы в MPLAB можно выполнить в следующей последовательности.

1. Открыть редактор программ: меню → File → New. Изначально программе присвоено имя Untitled.

2. Набрать или скопировать программу, например, на ассемблере.

3. Сохранить программу под другим именем (меню → File → Save As), например, FirstPrMPLAB.asm.

Рис. 2. Пример простейшей программы (на ассемблере) вывода сигналов через порты контроллера GP0, GP1, GP2, GP4, GP5 на максимальной частоте.

Запись ‘1’ в разряде регистра TRISIO переводит соответствующий выходной буфер в 3-е состояние, в этом случае порт GP может работать только на вход. Установка нуля в TRISIO настраивает работу порта GP на выход.

Примечание. По спецификации PIC12F629 порт GP3 микроконтроллера работает только на вход (соответствующий бит регистра TRISIO не сбрасывается – всегда находится в ‘1’).

Регистры TRISIO и GPIO находятся в разных банках области памяти. Переключение банков выполняется 5-м битом регистра STATUS.

Любая программа на ассемблере начинается директивой org и заканчивается директивой end. Переход goto Metka обеспечивает циклическое выполнение программы.

В программе (Рис. 2) используются следующие обозначения.

Директива LIST — назначение типа контроллера
Директива __CONFIG — установка значений битов конфигурации контроллера
Директива equ — присвоение числового значения
Директива org 0 — начало выполнения программы с адреса 0
Команда bsf — устанавливает бит указанного регистра в 1
Команда bсf — сбрасывает бит указанного регистра в 0
Команда movlw — записывает константу в регистр W
Команда movwf — копирует содержимое регистра W в указанный регистр
Команда goto — обеспечивает переход без условия на строку с меткой
Директива end — конец программы

Установка требуемой конфигурации микроконтроллера
Конфигурация микроконтроллера PIC12F629 зависит от настроек слова конфигурации (2007h), которые можно задать в программе через директиву __CONFIG.

Непосредственно или через окно MPLAB: меню → Configure → Configuration Bits:

Где:

Бит 2-0 — FOSC2:FOSC0. Выбор тактового генератора
111 — Внешний RC генератор. Подключается к выводу GP5. GP4 работает как CLKOUT
110 — Внешний RC генератор. Подключается к выводу GP5. GP4 работает как ввод/вывод
101 — Внутренний RC генератор 4МГц. GP5 работает как ввод/вывод. GP4 — как CLKOUT
100 — Внутренний RC генератор 4МГц. GP5 и GP4 работают как ввод/вывод
011 — EC генератор. GP4 работает как ввод/вывод. GP5 — как CLKIN
010 — HC генератор. Резонатор подключается к GP4 и GP5
001 — XT генератор. Резонатор подключается к GP4 и GP5
000 — LP генератор. Резонатор подключается к GP4 и GP5

Бит 3 — WDTE: настройка сторожевого таймера (Watchdog Timer)
1 — WDTE включен
0 — WDTE выключен

Сторожевой таймер предохраняет микроконтроллер от зависания – перезапускает программу через определенный интервал времени если таймер не был сброшен. Период таймера устанавливается в регистре OPTION_REG. Обнуление сторожевого таймера вызывается командой CLRWDT.

Бит 4 — PWRTE: Разрешение работы таймера включения питания:
1 — PWRT выключен
0 — PWRT включен

Таймер задерживает микроконтроллер в состоянии сброса при подаче питания VDD.

Бит 5 — MCLR: Выбор режима работы вывода GP3/-MCLR
1 — работает как -MCLR
0 — работает как порт ввода-вывода GP3

Бит 6 — BODEN: Разрешение сброса по снижению напряжения питания (как правило < 2.0В)
1 — разрешен сброс BOR
0 — запрещен сброс BOR автоматически включается таймер

При разрешении сброса BOR автоматически включается таймер PWRT

Бит 7 — .CP: Бит защиты памяти программ от чтения программатором
1 Защита выключена
0 Защита включена

При выключения защиты вся память программ стирается

Бит 8 — .CPD: Бит защиты EPROM памяти данных
1 Защита выключена
0 Защита включена

После выключения защиты вся информация будет стерта

Бит 11-9 — Не используются: Читается как ‘1’.

Бит 13-12 — BG1:BG0. Биты калибровки сброса по снижению питания
00 — нижний предел калибровки
11 — верхний предел калибровки

Добавление программы к проекту

Пример добавления программы к проекту показан на (Рис. 3).

Рис. 3. Добавление программы FirstPrMPLAB.asm к проекту FirstPrMPLAB.mcp

Сохранить материалы проекта можно командой: меню → File → Save Workspace.

Компиляция

Чтобы создать бинарный файл с расширением hex для прошивки микроконтроллера необходимо откомпилировать проект. Запуск компиляции выполняется командой меню → Project → Build All. Результаты компиляции можно увидеть в окне Output (Рис. 1). Если в программе нет ошибок, то компилятор выдаёт сообщение об успешной компиляции: BUILD SUCCEEDED, загрузочный HEX файл можно найти в рабочем каталоге:

Отладка программы

Отладку программы в среде MPLAB IDE можно выполнить при помощи аппаратного эмулятора MPLAB REAL ICE или программного симулятора MPLAB SIM. Запуск последнего выполняется как показано на Рис. 4.

Рис. 4. Подключение к симулятору MPLAB SIM для отладки программы.

После запуска отладчика в окне Output (Рис. 1) появляется закладка MPLAB SIM, куда MPLAB выводит текущую информацию отладчика. Команды отладчика (Рис. 5) после запуска становятся активными.

Рис. 5. Команды отладчика.

Команды отладчика:

• Run — Непрерывное выполнение программы до точки останова (Breakpoint) если таковая установлена.
• Halt — Остановка программы на текущем шаге выполнения.
• Animate — Анимация непрерывного выполнения программы.
• Step Into — Выполнение по шагам (вызовы Call выполняются за один шаг).
• Step Over — Выполнение по шагам включая команды вызовов Call.
• Reset — Начальная установка программы. Переход указателя на первую команду.
• Breakpoints — Отображение списка точек останова. Обработка списка.

При выполнении программы по шагам текущий шаг выделяется стрелкой (Рис. 6). Непрерывное выполнение программы останавливается командой Halt или достижением программой точки останова. Точка останова устанавливается/снимается в строке программы двойным щелчком.
Пример программы на ассемблере, которая с максимальной скоростью меняет состояние портов контроллера показан на Рис. 6 (справа). Программа передаёт в регистр портов GPIO данные b’10101010’ и b’01010101’. Поскольку в регистре GPIO передачу данных в порты контроллера выполняют не все разряды, а только 0,1,2,4 и 5, то состояние регистра GPIO (Рис. 6, слева) отличается значениями: b’00100010’ и b’00010101’.

Рис. 6. Состояние регистров специального назначения контроллера на момент выполнения программы (слева) и выполняемая по шагам программа (справа).

В процессе отладки можно наблюдать за состоянием регистров, переменных, памяти в соответствующих окнах, открываемых в разделе View основного меню. В процессе отладки можно вносить изменения в код программы, содержимое регистров, памяти, изменять значения переменных. После изменения кода необходимо перекомпилировать программу. Изменение содержимого регистров, памяти и значения переменных (окна раздела View: Special Function Register, File Register, EEPROM, Watch) не требует перекомпиляции.

Входные сигналы портов модели микроконтоллера можно задать в разделе Debugger → Stimulus. Устанавливаемые состояния сигналов портов привязываются к времени (тактам) отладки.

Иногда результаты выполнения программы в режиме отладки не соответствуют выполнению этой же программы в реальном контроллере, так, например, отладчик программы (Рис. 6) без инструкций movlw 0x07 и movwf cmcon показывает, что выходы GP0 и GP1 регистра GPIO не изменяются — находятся в нулевом состоянии, содержимое регистра GPIO попеременно равно 0x14 и 0х20. Однако, контроллер, выполняющий программу без указанных инструкций, показывает на осциллографе циклическую работу всех пяти выходов: 0x15 и 0х22, включая GP0 и GP1 (см. Рис. 7).

Осциллограммы контроллера, выполняющего циклы программы Рис. 6 (Metka… goto Metka) показаны на Рис. 7.

Рис. 7. Осциллограммы выхода GP0 (слева) и GP1 (справа) микроконтроллера PIC12F629, работающего от внутреннего 4МГц RC генератора. Программа (Рис. 6) формирует сигналы максимальной частоты на всех выходах контроллера. За период сигналов 5.3 мкс выполняется 5 команд (6 машинных циклов), амплитуда GP0 сигнала на осциллограмме равна 4.6В, измеренное программатором питание контроллера 4.75В.

Прошивка микроконтроллера

Для записи программы в микроконтроллер (прошивки контроллера) необходимо микроконтроллер подключить к интегрированной среде MPLAB IDE через программатор. Организация подключения показана ниже в разделе «Подключение программатора PIC-KIT3».

Примечание. В контроллер PIC12F629 записана заводская калибровочная константа настройки частоты внутреннего тактового генератора. При необходимости её можно прочитать и восстановить средствами MPLAB с использованием программатора.

Команды для работы с программатором и изменения его настроек находятся в меню MPLAB Programmer. Тип программатора в MPLAB выбирается в разделе: меню → Programmer → Select Programmer.

Рис. 8. Выбор программатора для подключения к среде MPLAB.

Прошивка микроконтроллера через программатор запускается командой: меню → Programmer → Program. Сообщение об успешной прошивке показано на Рис. 9.

Рис. 9. Запуск прошивки микроконтроллера и вид сообщения об успешной прошивке.

Примечание: Во время прошивки микроконтроллера у программатора PIC-KIT3 мигает желтый светодиод.

Подключение MATLAB/SIMULINK к MPLAB

В системе моделирования динамических систем Simulink (приложение к Matlab) на языке графического программирования [7] можно разрабатывать программы для семейства PIC контроллеров имеющих АЦП/ЦАП, счетчики, таймеры, ШИМ, DMA, интерфейсы UART, SPI, CAN, I2C и др.

Пример Simulink программы PIC контроллера показан на Рис. 10.

Рис. 10. Пример программы на языке графического программирования для PIC контроллера выполненной в среде моделирования динамических систем Simulink.

Взаимодействие средств разработки и компиляции программ для PIC контроллеров в Simulink показано на Рис. 11 [6].

Рис. 11. Структура средств построения адекватной модели PIC контроллера на языке графического программирования.

Для построения среды разработки необходимы следующие компоненты Matlab:

• Simulink
• Real-Time Workshop Embedded Coder
• Real-Time Workshop

И Cи компилятор компании Microchip:

• C30 для контроллеров PIC24, dsPIC30 и PIC33
• или C32 для контроллеров серии PIC32

Установка компонентов Matlab

На сайте имеются Simulink библиотеки (dsPIC Toolbox) для PIC контроллеров и версий Matlab c R2006a по R2012a:

Для скачивания библиотеки необходимо зарегистрироваться. Программы поддерживают работу 100 микроконтроллеров из серий PIC 16MC, 24F, 30F, 32MC, 33F, 56GP, 64MC, 128MC, 128GP.
Бесплатные версии работают с Simulink моделями PIC контроллеров имеющих до 7 портов ввода-вывода.

Для установки dsPIC Toolbox — библиотеки блоков PIC контроллеров для Matlab/Simulink необходимо [4]:

• Скачать dsPIC Toolbox для требуемой версии Matlab.
• Распаковать zip файл в папке, в которой будут установлены Simulink блоки.
• Запустить Matlab.
• Настроить текущий каталог Matlab на папку с распакованным файлом.
• Открыть и запустить файл install_dsPIC_R2012a.m, например, кнопкой меню или клавишей клавиатуры.

Библиотеки dsPIC и примеры Simulink моделей устанавливаются в текущую папку Matlab (Рис. 12). Установленные блоки для моделирования PIC контроллеров доступны в разделе Embedded Target for Microchip dsPIC библиотеки Simulink (Рис. 13).

Рис. 12. Содержимое текущего каталога после выполнения install_dsPIC_R2012a.m.

Рис. 13. Блоки, установленной библиотеки «Embedded Target for Microchip dsPIC».

Для совместной компиляции Simulink модели средствами Matlab и MPLAB необходимо прописать в переменной окружения path Matlab с высшим приоритетом путь к каталогу MPLAB с файлами MplabOpenModel.m, MplabGetBuildinfo.m и getHardwareConfigs.m:

>> path('c:Program Files (x86)MicrochipMPLAB IDEToolsMATLAB',path) 

Установка Си компилятора MPLAB

Компиляторы MPLAB находятся на сайте Microchip (Download Archive → MPLAB C Compiler for PIC24 and dsPIC DSCs). Для установки демонстрационной версии компилятора С30 необходимо его скачать по ссылке PIC24/dsPIC v3.25 (Рис. 14) и запустить принятый файл mplabc30-v3.25-comboUpgrade.exe.

Рис. 14. Версии Си компилятора (слева) и режимы его установки (справа).

Примечание. Работа выполнена с версией v3.25 компилятора С30 для PIC24/dsPIC. Проверка показала, что следующая версия v3.30 не поддерживает совместную компиляцию моделей Matlab R2012a (dsPIC Toolbox) без ошибок.

Установочный exe файл создаёт в разделе c:Program Files (x86)Microchip новый каталог mplabc30 с файлами:

Рис. 15. Каталоги компилятора C30 MPLAB.

Последовательность Simulink программирования для PIC контроллеров

1. Создайте рабочий каталог и скопируйте в него *.mdl примеры из раздела example (см. Рис. 12).
2. Загрузите Matlab. Настройте его на рабочий каталог.
3. Включите в переменную окружения path Matlab с высшим приоритетом путь к MPLAB — каталогу c:Program Files (x86)MicrochipMPLAB IDEToolsMATLAB:

>> path('c:Program Files (x86)MicrochipMPLAB IDEToolsMATLAB',path) 

Примечание: Использование команды >>path без аргументов приводит к отображению списка путей переменной path в окне команд (Command Window). Удалить путь из переменной path можно командой rmpath, например:

>>rmpath(' c:Program FilesMicrochipMPLAB IDEToolsMATLAB')

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 <Ctrl+E>. 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.

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.

Microchip Studio (ранее Atmel Studio и AVR Studio) — основанная на Visual Studio бесплатная проприетарная интегрированная среда разработки (IDE) для разработки приложений для 8- и 32-битных микроконтроллеров семейства AVR и 32-битных микроконтроллеров семейства ARM от компании Atmel, работающая в операционных системах Windows NT/2000/XP/Vista/7/8/10.
Atmel Studio содержит компилятор GNU C/C++ и эмулятор, позволяющий отладить выполнение программы без загрузки в микроконтроллер.

Ранее среда разработки носила название AVR Studio, но начиная с версии 6.0, вышедшей в 2012 году, в неё была добавлена поддержка разработки для микроконтроллеров архитектуры ARM, также выпускаемых фирмой Atmel, и среда разработки получила новое название Atmel Studio. Текущая версия (Atmel Studio 7) поддерживает все выпускаемые на сегодняшний день фирмой Atmel микроконтроллеры архитектур AVR, AVR32 и ARM и средства разработки.

Atmel Studio содержит в себе менеджер проектов, редактор исходного кода, инструменты виртуальной симуляции и внутрисхемной отладки, позволяет писать программы на ассемблере или на C/C++.

История

Ранее существовал и фирменный ассемблер под Windows (wavrasm.exe) от Atmel, который совмещал ассемблер и редактор, подобно тому, как это делается в «больших» языках программирования. Его можно извлечь из первых версий AVR Studio, но он довольно примитивный и неудобный. Затем, видимо, в корпорации решили его не развивать, ограничившись AVR Studio. Скачать AVR Studio можно бесплатно с сайта Atmel. Там же доступны и старые версии (последние версии пакета стали довольно объемными — более 700 Мбайт), но чем старее версия, тем меньше ассортимент поддерживаемых контроллеров (версия 3 поддерживает только Classic).

Характеристики

Характеристики AVR Studio:

• Интегрированный компилятор C/C++;
• Интегрированный симулятор;
• При помощи плагина возможна поддержка компилятора GCC в виде сборки WinAVR;
• Поддержка инструментов Atmel, совместимых с 8-разрядной AVR архитектурой, в том числе AVR ONE!, JTAGICE mkI, JTAGICE mkII, AVR Dragon, AVRISP, AVR ISPmkII, AVR Butterfly, STK500 и STK600;
• Поддержка плагина AVR RTOS;
• Поддержка AT90PWM1 и ATtiny40;
• Интерфейс командной строки с поддержкой TI.

Литература

• ATMEL AVR Studio // AVR RISC microcontrollers handbook / by Claus Kühnel. — USA, 1998. — Ch. 4.2. — P. 144—146.

Ссылки

• Atmel Studio 7.0 на официальном сайте Microchip Technology
• Руководство по разработке модулей расширений на C# для Visual Studio 2005—2012 и Atmel Studio

После краткого изучения архитектуры и возможностей контроллеров PIC пришло время нам попробовать себя в программировании данных контроллеров, так как без программы микроконтроллер — это бесполезная микросхема.

Только чтобы попробовать себя в программировании, обычно требуется какая-то среда программирования (не в блокноте же мы будем писать код), а также компилятор. Для этого у компании Microchip есть бесплатный IDE — это MPLAB X IDE. Давайте её для начала скачаем. Для этого идём на официальный сайт Microchip и идём по пунктам меню DESIGN SUPPORT -> Development Tools -> Software Tools For PIC® MCUs And DsPIC® DSCs -> MPLAB® X IDE

И попадаем на следующую страницу, в которой выбираем закладку Downloads, в которой скачаем последнюю версию среды разработки (нажмите на картинку для увеличения изображения)

Путь оставим предложенный по умолчанию, если у нас нет Proxy, то отключим их

Далее тоже оставим всё по умолчанию

И программа установится на наш компьютер

Отключаем все галки и жмём Finish

Эти галки гласят о том, что у нас не установлен компилятор, также советуют установить фреймворк для удобства разработки. Всё это мы проделаем самостоятельно потом. Компилятор в среде уже есть, правда только для ассемблера. Но, так как мы решили писать на C, то компилятор нам всё-таки скачать и установить придётся, но чуть позже.

Попробуем запустить нашу среду разработки, чтобы хотя бы убедиться, что всё у нас нормально установилось. И, не создавая никаких проектов, закроем её.

Теперь, соответственно, чтобы нам писать код на C, потребуется компилятор. Компиляторы для контроллеров разной битности (8, 16 и 32) отдельные.

На официальном сайт Microchip проследуем по пунктам меню DESIGN SUPPORT -> Development Tools -> Software Tools For PIC® MCUs And DsPIC® DSCs -> MPLAB® XC Compilers

На открывшейся странице перейдём по закладке Downloads и скачаем последнюю версию 8-битного компилятора (XC 8) (нажмите на картинку для увеличения изображения)

Путь оставляем по умолчанию

Включим все галочки

После установки жмём Next, никакой ID не запоминаем, нам профессиональная лицензия не нужна, воспользуемся свободно-распространяемой. На сайте можно почитать об ограничениях свободной лицензии. Они очень незначительны

Ещё раз запустим среду программирования MPLAB X IDE. Закроем там стартовое окно и перейдём на вкладку Projects

Как видим, у нас тут пусто. Исправим эту ситуацию, создав новый проэкт. Для этого выберем пунк меню File -> New Project…

Выбираем Standalone Project и идём далее

Выберем из выпадающего списка наш контроллер, отфильтровав выше для удобства по семейству

Выбираем Sinulator, так как пока мы отлаживать проект будем именно в нём. Да и мой контроллер PICkit 2 неоригинальный не поддерживается данной средой. А загружить созданную нами впоследствии прошивку мы будем спомощью специальной программы

В следующем окне выбираем наш компилятор и идём далее

В следующем окне назовём наш первый проект BLINK01, выберем папку для его хранения и оставим галку напротив того, чтобы наш проект стал главным и заетм жмём Finish

Проект появится в дереве проектов.

Создадим в нём файл main.c, выбрав соответствующий пункт контекстного меню в папке Source Files

В открывшемся окне исправим имя файла, чтобы он был именно main.c ибо нам так как-то привычнее и нажмём Finish

Файл откроется самостоятельно. В нём будет уже некоторый код

#include

void main( void ) <

return ;

То есть у нас уже подключена стандартная библиотека, которой нам на первых порах будет достаточно, так как в ней внутри находится подключение многих необходимых библиотек. И также у нас есть точка входа в программу — главная функция main.

Также мы знаем, что контроллеру неохдодимо постоянно находиться в работе. Для этого мы в каждый проект в главную функцию добавляем бесконечный цикл. Добавим и в этот проект

while (1)

Давайте соберём наш проект, нажав соответствующую кнопку в панели инструментов

Проект наш собран. Давайте посмотрим информацию в окне вывода сообщений

Это информация о затраченных и свободных ресурсах различных типов памяти контроллера.

В самом конце информационного сообщения находится путь к файлу прошивки (нажмите на картинку для увеличения изображения)

Убедимся, что файл прошивки там действительно присутствует

Мы видим, что прошивка на месте, также в данной папке присутствует ряд других файлов с отладочной и другой информацией.

Думаю, что на этом мы наш сегодняшний урок закончим. В дальнейшем мы напишем какой-то полезный код в наш проект, попробуем его прошить сначала в протеусе, а затем в настоящий контроллер, собрав соответствующую схему и подключив программатор.

После краткого изучения архитектуры и возможностей контроллеров PIC пришло время нам попробовать себя в программировании данных контроллеров, так как без программы микроконтроллер — это бесполезная микросхема.

Только чтобы попробовать себя в программировании, обычно требуется какая-то среда программирования (не в блокноте же мы будем писать код), а также компилятор. Для этого у компании Microchip есть бесплатный IDE — это MPLAB X IDE. Давайте её для начала скачаем. Для этого идём на официальный сайт Microchip и идём по пунктам меню DESIGN SUPPORT -> Development Tools -> Software Tools For PIC® MCUs And DsPIC® DSCs -> MPLAB® X IDE

И попадаем на следующую страницу, в которой выбираем закладку Downloads, в которой скачаем последнюю версию среды разработки (нажмите на картинку для увеличения изображения)

Путь оставим предложенный по умолчанию, если у нас нет Proxy, то отключим их

Далее тоже оставим всё по умолчанию

И программа установится на наш компьютер

Отключаем все галки и жмём Finish

Эти галки гласят о том, что у нас не установлен компилятор, также советуют установить фреймворк для удобства разработки. Всё это мы проделаем самостоятельно потом. Компилятор в среде уже есть, правда только для ассемблера. Но, так как мы решили писать на C, то компилятор нам всё-таки скачать и установить придётся, но чуть позже.

Попробуем запустить нашу среду разработки, чтобы хотя бы убедиться, что всё у нас нормально установилось. И, не создавая никаких проектов, закроем её.

Теперь, соответственно, чтобы нам писать код на C, потребуется компилятор. Компиляторы для контроллеров разной битности (8, 16 и 32) отдельные.

На официальном сайт Microchip проследуем по пунктам меню DESIGN SUPPORT -> Development Tools -> Software Tools For PIC® MCUs And DsPIC® DSCs -> MPLAB® XC Compilers

На открывшейся странице перейдём по закладке Downloads и скачаем последнюю версию 8-битного компилятора (XC 8) (нажмите на картинку для увеличения изображения)

Путь оставляем по умолчанию

Включим все галочки

После установки жмём Next, никакой ID не запоминаем, нам профессиональная лицензия не нужна, воспользуемся свободно-распространяемой. На сайте можно почитать об ограничениях свободной лицензии. Они очень незначительны

Ещё раз запустим среду программирования MPLAB X IDE. Закроем там стартовое окно и перейдём на вкладку Projects

Как видим, у нас тут пусто. Исправим эту ситуацию, создав новый проэкт. Для этого выберем пунк меню File -> New Project…

Выбираем Standalone Project и идём далее

Выберем из выпадающего списка наш контроллер, отфильтровав выше для удобства по семейству

Выбираем Sinulator, так как пока мы отлаживать проект будем именно в нём. Да и мой контроллер PICkit 2 неоригинальный не поддерживается данной средой. А загружить созданную нами впоследствии прошивку мы будем спомощью специальной программы

В следующем окне выбираем наш компилятор и идём далее

В следующем окне назовём наш первый проект BLINK01, выберем папку для его хранения и оставим галку напротив того, чтобы наш проект стал главным и заетм жмём Finish

Проект появится в дереве проектов.

Создадим в нём файл main.c, выбрав соответствующий пункт контекстного меню в папке Source Files

В открывшемся окне исправим имя файла, чтобы он был именно main.c ибо нам так как-то привычнее и нажмём Finish

Файл откроется самостоятельно. В нём будет уже некоторый код

#include

void main( void ) <

return ;

То есть у нас уже подключена стандартная библиотека, которой нам на первых порах будет достаточно, так как в ней внутри находится подключение многих необходимых библиотек. И также у нас есть точка входа в программу — главная функция main.

Также мы знаем, что контроллеру неохдодимо постоянно находиться в работе. Для этого мы в каждый проект в главную функцию добавляем бесконечный цикл. Добавим и в этот проект

while (1)

Давайте соберём наш проект, нажав соответствующую кнопку в панели инструментов

Проект наш собран. Давайте посмотрим информацию в окне вывода сообщений

Это информация о затраченных и свободных ресурсах различных типов памяти контроллера.

В самом конце информационного сообщения находится путь к файлу прошивки (нажмите на картинку для увеличения изображения)

Убедимся, что файл прошивки там действительно присутствует

Мы видим, что прошивка на месте, также в данной папке присутствует ряд других файлов с отладочной и другой информацией.

Думаю, что на этом мы наш сегодняшний урок закончим. В дальнейшем мы напишем какой-то полезный код в наш проект, попробуем его прошить сначала в протеусе, а затем в настоящий контроллер, собрав соответствующую схему и подключив программатор.

Важно помнить , что путь к файлам проекта, как и название самих файлов, не должны содержать русских символов. Иначе MPLAB IDE не будет работать, т.к. не увидит файлы с такими названиями. В дальнейшем , что бы у нас не возникало по этому поводу проблем, создадим на диске «С» папку «Project». В этой папке мы и будем хранить наши проекты.

Итак, создаем папку «test_01», так будет называться наш первый проект. Соответственно путь к проекту будет C:Project est_01.

Откроем «блокнот» и сохраним его в созданной папке «test_01» с расширением «asm», назвав то же «test_01»

Далее запускаем программу, должно открыться вот такое окно:

Выбираем вкладку Projekt-> Project Wizard.

Нажимаем кнопку «далее».

Из выпадающего списка выбираем микроконтроллер PIC18F252.

Выбираем язык программирования по умалчиванию (ассемблер) и нажимаем кнопку «далее».

В окне создания проета нажимаем кнопку «Browse», и указываем путь к папке C:Project est_01. Проект назавем то же «test_01» , так же как и папку. Нажимаем кнопку «далее».

Выбираем наш файл (test_01.asm) нажатием кнопки «ADD» или двойным щелчком мышки.

Нажимаем кнопку «Да»

Вот практичеки и все. Осталось выбрать наш файл «test_01.asm » и откроется окно текстового редактора, где мы и будем писать нашу программу.

USB — ��������� USB � ����������������� PicMicro (206 Kb)  —  ������������� ���������������� ���� USB � ����������������� PIC16C745/765 (162 Kb)  —  ����������� ����������� ��� ������ � ����� USB � ����������������� PIC16C745/765 KeeLoq — ���������� «����������» ���� (216 Kb)  —  ���������� KeeLoq � ����������� «���������� ����» ADC — ������ � ������� ��� (161 Kb)  —  ������������ �� ������ � ��� � ����������������� PIC16C7X (291 Kb)  —  ������������� 8 – ���������� ��� � ����������������� PIC16C7X I2C — ���������������� ��������� i2c (192 Kb)  —  ����������� ���������� I2C ���������� (����� ��������) (283 Kb)  —  ������� ����� ���������� I2C SOFT — �������� ������������ ����������� (921 Kb)  —  ����������� ������������ MPASM (2,838 Kb)  —  ����������� ������������ MPLAB IDE CAN — ������ CAN ���������� � ����������������� PicMicro (741 Kb)  —  ������ CAN � ����������������� PIC18CXX8 (258 Kb)  —  �������� � CAN 2.0B ��������� AN — ������� ���������� ����������������� PicMicro (348 Kb)  —  ���������� ����������������� PICmicro ��� ����������� � �������� �� ��������� PPP Reference Manual — ���������� �� �������� ��������� ����������������� PICmicro (248 Kb)  —  ������ 1. ����� �������� (386 Kb)  —  ������ 2. �������� ��������� (353 Kb)  —  ������ 3. ����� (299 Kb)  —  ������ 4. ����������� (200 Kb)  —  ������ 5. ��� � ��� (332 Kb)  —  ������ 6. ����������� ������ (154 Kb)  —  ������ 7. EEPROM ������ ������ (265 Kb)  —  ������ 8. ���������� (460 Kb)  —  ������ 9. ����� �����/������ (183 Kb)  —  ������ 10. ������� ������������ ���� (303 Kb)  —  ������ 11. ������ TMR0 (233 Kb)  —  ������ 12. ������ TMR1 (147 Kb)  —  ������ 13. ������ TMR2 (297 Kb)  —  ������ 14. ������ CCP (622 Kb)  —  ������ 15. ������ SSP (437 Kb)  —  ������ 16. �������� ������ SSP (BSSP) (1,456 Kb)  —  ������ 17. ������ MSSP (536 Kb)  —  ������ 18. ������ USART (185 Kb)  —  ������ 19. �������� �������� ���������� (300 Kb)  —  ������ 20. ������ ������������ (350 Kb)  —  ������ 21. ������ 8 — ���������� ��� (351 Kb)  —  ������ 22. �������� ������ 8 — ���������� ��� (379 Kb)  —  ������ 23. ������ 10 — ���������� ��� (301 Kb)  —  ������ 24. ������ �������������� ��� (593 Kb)  —  ������ 25. ������ LCD (228 Kb)  —  ������ 26. ���������� ������ WDT � ����� ���������������� SLEEP (169 Kb)  —  ������ 27. ���� ������������ (258 Kb)  —  ������ 28. ���������������� ������������� ��������� ���������������� (ICSP) (318 Kb)  —  ������ 29. ������� ������ (604 Kb)  —  ������ 30. ������������� �������������� (849 Kb)  —  ������ 31. �������������� ����������������� (241 Kb)  —  ������ 32. ��������� ������������� (384 Kb)  —  ������ 33. ���������� (179 Kb)  —  ������ 34. ��������� PIC — ������ �������� ��������� �� ��������� ����� ����������������� (1,634 Kb)  —  PIC12C5XX (2,707 Kb)  —  PIC16F62X (3,837 Kb)  —  PIC16F87X (13,060 Kb)  —  ���������� �� ���� ����������������� PIC16 (1,916 Kb)  —  PIC12F6XX (3,030 Kb)  —  PIC18Fxx2 PIC17/PIC18 — �������� ��������� ������������ ������� ����������������� PICmicro �������� ��������� (271 Kb)  —  ������ 10 – ���������� ��� � ����������������� PIC17C7XX (246 Kb)  —  ������ 10 – ���������� ��� � ����������������� PIC18CXX2 (283 Kb)  —  ������������� ���������-����������� ���������������� USART � ����������������� PIC17C4X (334 Kb)  —  TMR0, TMR1, TMR2, TMR3, ���� � �������� ������� � ����������������� PIC17C4X (352 Kb)  —  ����������� ������ ECCP (������/���������/���) � ����������������� PIC18FXX8 Migration — ������������ �� �������� �� ����� ���������������� (126 Kb)  —  ������� � ����������������� PIC16F62X �� PIC16F627A/ PIC16F628A/ PIC16F648A

В нашей предыдущей статье про микроконтроллеры PIC мы рассмотрели архитектуру микроконтроллеров PIC, установили необходимое для работы с ними программное обеспечение и купили программатор PicKit 3. В данной же статье мы напишем нашу первую программу мигания светодиодом для микроконтроллера PIC16F877A и рассмотрим установку в нем битов конфигурации (фьюзов).

Поскольку мы используем микроконтроллер PIC16F877A вместе с компилятором XC8, то первым делом желательно изучить даташиты на них. Всегда, когда вы начинаете знакомство с новым микроконтроллером, желательно полностью прочитать даташит на него.

Программу для нашего микроконтроллера PIC16F877A мы будем писать в среде MPLAB-X

Создание нового проекта в MPLAB-X

Шаг 1. Запустите IDE MPLAB-X, в результате чего вы на экране должны увидеть следующее окно.

Шаг 2. Откройте пункт меню Files -> New Project (для этой цели можно также использовать комбинацию клавиш Ctrl+Shift+N). После этого вы на экране увидите следующее всплывающее окно, в котором вам необходимо выбрать Standalone Project и нажать Next.

Шаг 3. Теперь необходимо выбрать устройство для нашего проекта – выберем из выпадающего списка PIC16F877A. После этого нажмем на Next.

Шаг 4. На следующей странице нам необходимо выбрать инструменты (программатор) для нашего проекта. Выберем PicKit 3 и нажмем на Next.

Шаг 5. Затем необходимо выбрать компилятор – выберем XC8 и нажмем на Next.

Шаг 6. На следующей странице необходимо задать имя нашего проекта и местоположение куда он будет сохраняться. Мы назвали проект Blink. Файл проекта будет сохраняться с расширением .X, что позволяет запускать его непосредственным образом из MAPLB-X. После этого нажмем на Finish.

Шаг 7. Поздравляем. Теперь наш проект успешно создан. Слева в окне мы увидим имя нашего проекта (у нас оно Blink), нажмите на него чтобы посмотреть все файлы, которые входят в проект.

Чтобы начать написание программы в наш проект необходимо добавить основной файл (C Main file) в каталог с нашим проектом. Для этого сделайте правый клик мыши на source file и в открывшемся меню выберете New -> C Main File как показано на следующем рисунке.

Шаг 8. Откроется диалоговое окно с именем нашего C-файла. Мы назвали его снова Blink, но вы можете выбрать для него любое другое имя по своему усмотрению. После ввода имени файла нажмите на finish.

Шаг 9. После того как файл C будет создан, откроется IDE с некоторым кодом в ней по умолчанию, как показано на следующем рисунке.

Шаг 10. После этого можно начать написание программы в основном C файле (C-main File). Код по умолчанию, формируемый IDE, не будет нами использоваться в этом проекте, поэтому удалим его полностью.

Микроконтроллеры PIC имеют несколько мест, в которых расположены биты конфигурации, которые также называют фьюзами (fuses). Эти биты определяют глобальную логику функционирования устройства (в нашем случае микроконтроллера). С их помощью задается режим работы генератора тактовой частоты, сторожевого таймера (watchdog timer), режима программирования и защиты кода. Очень важно установить эти биты правильно иначе наш микроконтроллер не сможет нормально функционировать.

Узнать об имеющихся регистрах конфигурации можно из даташита на микроконтроллер. Важно понять, какие типы битов конфигурации присутствуют в рассматриваемом микроконтроллере и каковы их функции. Эти биты можно установить или сбросить использую инструкцию pragma.

Данная инструкция имеет следующую форму:

где setting – описание настройки (установки), например, WDT, а state – текстовое описание необходимого состояния, например, OFF. Можно привести следующие примеры установки конфигурационных битов:

Для начинающих правильная установка битов конфигурации с помощью данных инструкций может представлять собой достаточно сложную задачу, которую можно значительно упростить в нашей среде разработки MPLAB-X.

Установка битов конфигурации (фьюзов) в MPLAB-X

Компания Microchip значительно упростила процесс установки битов конфигурации (фьюзов) в микроконтроллерах PIC, разработав для этого специальные графические инструменты. Для того, чтобы установить биты конфигурации (фьюзы) в микроконтроллерах PIC с помощью программы MPLAB-X, выполните следующую последовательность шагов.

Шаг 1. В программе MPLAB-X выберите пункт меню Window -> PIC Memory View -> Configuration Bits как показано на следующем рисунке.

Шаг 2. После этого внизу программы MPLAB-X откроется окно настройки битов конфигурации (Configuration Bits window) как показано на рисунке ниже. В нем вы можете установить значение каждого бита конфигурации по своему желанию. Далее мы рассмотрим установку некоторых из этих бит.

Шаг 3. Первыми битами конфигурации являются биты выбора генератора. Микроконтроллер PIC16F87XA может работать в одном из 4-х режимов генератора, которые можно установить с помощью битов FOSC1 и FOSC0:

• LP Low-Power Crystal (маломощный генератор);
• XT Crystal/Resonator (внешний кварцевый резонатор);
• HS High-Speed Crystal/Resonator (высокоскоростной кварцевый резонатор);
• RC Resistor/Capacitor (RC генератор).

Возможные частоты работы микроконтроллера в зависимости от выбранного типа генератора приведены в следующей таблице.

Для нашего проекта мы будем использовать внешний кварцевый генератор на 20Mhz, поэтому нам необходимо выбрать HS из выпадающего меню.

Шаг 4. Следующим битом конфигурации является бит включения/выключения сторожевого таймера.

Сторожевой таймер (Watchdog Timer, WDT) представляет собой непрерывно работающий встроенный RC генератор, для работы которого не требуется никаких внешних компонентов. Данный RC генератор отделен от RC генератора на контакте OSC1/CLKI. Это означает что сторожевой таймер будет продолжать работать даже если на контакты OSC1/CLKI и OSC2/CLKO не подается никакой тактовой частоты. В режиме нормального функционирования сторожевой таймер формирует сигнал аппаратного сброса (Watchdog Timer Reset) при своем переполнении. И если таймер не отключен в нашей программе, то микроконтроллер будет сбрасываться каждый раз при переполнении таймера. Сторожевой таймер можно отключить при помощи очистки его бита конфигурации.

В нашей программе мы не будем использовать сторожевой таймер, поэтому в выпадающем списке напротив его бита конфигурации выберем OFF.

Шаг 5. Следующим битом является таймер по питанию (Power-up timer Bit, PWRT), который обеспечивает фиксированную задержку в 72 мс в работе микроконтроллера при подаче на него питания, что позволяет напряжению питания за это время подняться до приемлемого уровня. Когда данный бит активирован, таймер по питанию будет сбрасывать микроконтроллер до тех пор, пока питание не поднимется до необходимого уровня.

В нашей программе мы не будем использовать данную задержку, поэтому данный бит конфигурации мы также отключим (OFF).

Шаг 6. Следующим битом конфигурации является бит программирования при низком напряжении (Low-Voltage Programming, LVP). Бит LVP позволяет производить программирование микроконтроллера пониженным напряжением через разъем ICSP. Мы не будем в нашем проекте использовать данный вид программирования, поэтому отключим данный бит (OFF).

Шаг 7. Следующими битами конфигурации у нас является бит EEPROM и биты защиты программы. Если бит EEPROM включен, то после программирования микроконтроллера никто не сможет перезаписать в нем программу. В нашем случае мы оставим все эти три бита в выключенном состоянии.

После того как все необходимые настройки битов конфигурации сделаны наше диалоговое окно должно выглядеть следующим образом.

Шаг 8. После этого выберите пункт меню Generate Source Code to Output – в результате этого код нашей программы будет сгенерирован, нам необходимо всего лишь скопировать его вместе с заголовочным файлом и вставить его в файл Blink.c как показано на следующем рисунке.

На этом настройка битов конфигурации (фьюзов) для нашего проекта будет закончена. Мы будем использовать подобную настройку битов конфигурации для всех проектов на основе микроконтроллеров PIC, которые мы далее рассмотрим на нашем сайте.

Написание программы мигания светодиодом для микроконтроллера PIC

В нашем проекте мы будем подключать светодиод к одному из контактов ввода/вывода микроконтроллера PIC16F877A, с помощью которого мы будем управлять миганием светодиода. Распиновка микроконтроллера PIC16F877A представлена на следующем рисунке.

Как видно из представленного рисунка, микроконтроллер PIC16F877 имеет 5 основных портов ввода/вывода. Обычно они обозначаются как PORT A (RA), PORT B (RB), PORT C (RC), PORT D (RD) и PORT E (RE). В данном случае PORT A содержит 6 контактов (с RA-0 по RA-5), ”PORT B” , “PORT C” и ”PORT D” содержат по 8 контактов (с RB-0 по RB-7, с RC-0 по RC-7, с RD-0 по RD-7), ”PORT E” содержит всего 3 контакта (с RE-0 по RE-2).

Все эти порты являются двунаправленными. Направление работы порта управляется с помощью регистров TRIS(X) (TRIS A используется для установки направления работы PORT-A, TRIS B используется для установки направления работы PORT-B и т.д.). Установка бита регистра TRIS(X) в ‘1’ будет означать, что соответствующий ему контакт порта PORT(X) сконфигурирован для работы на ввод данных (input). Установка бита регистра TRIS(X) в ‘0’ будет означать, что соответствующий ему контакт порта PORT(X) сконфигурирован для работы на вывод данных (output).

В нашем проекте мы установим контакт RB3 порта PORT B для работы на вывод данных – к нему подключен светодиод. Код программы для микроконтроллера PIC для мигания светодиодом будет выглядеть следующим образом:

В данном коде программы мы первым делом указываем частоту внешнего кварцевого генератора с помощью инструкции #define _XTAL_FREQ 20000000. Затем в функции void main() мы указываем что контакт RB3 будет работать на вывод данных (TRISB=0X00). И затем идет бесконечный цикл в котором производится мигание светодиодом.

После того как написание кода программы будет закончено выберем пункт меню Run -> Build Main Project. В результате его выполнения ваша программа будет скомпилирована. Если все нормально, то в нижнем окне программы вы увидите сообщение BUILD SUCCESSFUL как показано на следующем рисунке.

Разработка схемы проекта в Proteus

Если компоновка (Build) нашего проекта была успешной, то нашей IDE в фоновом режиме будет сгенерирован HEX файл, который можно найти внутри каталога DesktopBlinkBlink.Xdistdefaultproduction (каталог может отличаться, если вы в настройках выбрали другой путь сохранения файлов).

Теперь откроем программу Proteus, установленную нами ранее и создадим в ней схему для нашего проекта. Процесс создания схемы проекта в Proteus объяснен в видео, приведенном в конце статьи. В результате в окне программы Proteus вы должны увидеть примерно следующую картину:

Для тестирования работы схемы в Proteus нажмите кнопку play в нижнем левом углу экрана после загрузки Hex файла. Светодиод, подключенный к микроконтроллеру, должен начать мигать.

Таким образом, в данной статье мы написали нашу первую программу для микроконтроллера PIC и протестировали ее работу в симуляторе Proteus.

Исходный код программы

Видео, демонстрирующее работу проекта

Загрузка…

4 563 просмотров

После краткого изучения архитектуры и возможностей контроллеров PIC пришло время нам попробовать себя в программировании данных контроллеров, так как без программы микроконтроллер — это бесполезная микросхема.

Только чтобы попробовать себя в программировании, обычно требуется какая-то среда программирования (не в блокноте же мы будем писать код), а также компилятор. Для этого у компании Microchip есть бесплатный IDE — это MPLAB X IDE. Давайте её для начала скачаем. Для этого идём на официальный сайт Microchip и идём по пунктам меню DESIGN SUPPORT -> Development Tools -> Software Tools For PIC® MCUs And DsPIC® DSCs -> MPLAB® X IDE

И попадаем на следующую страницу, в которой выбираем закладку Downloads, в которой скачаем последнюю версию среды разработки (нажмите на картинку для увеличения изображения)

Установим среду

 

Путь оставим предложенный по умолчанию, если у нас нет Proxy, то отключим их

Далее тоже оставим всё по умолчанию

 

И программа установится на наш компьютер

Отключаем все галки и жмём Finish

Эти галки гласят о том, что у нас не установлен компилятор, также советуют установить фреймворк для удобства разработки. Всё это мы проделаем самостоятельно потом. Компилятор в среде уже есть, правда только для ассемблера. Но, так как мы решили писать на C, то компилятор нам всё-таки скачать и установить придётся, но чуть позже.

Попробуем запустить нашу среду разработки, чтобы хотя бы убедиться, что всё у нас нормально установилось. И, не создавая никаких проектов, закроем её.

Теперь, соответственно, чтобы нам писать код на C, потребуется компилятор. Компиляторы для контроллеров разной битности (8, 16 и 32) отдельные.

На официальном сайт Microchip проследуем по пунктам меню DESIGN SUPPORT -> Development Tools -> Software Tools For PIC® MCUs And DsPIC® DSCs -> MPLAB® XC Compilers

На открывшейся странице перейдём по закладке Downloads и скачаем последнюю версию 8-битного компилятора (XC 8) (нажмите на картинку для увеличения изображения)

Установим компилятор

   

Путь оставляем по умолчанию

Включим все галочки

 

Начнётся установка

После установки жмём Next, никакой ID не запоминаем, нам профессиональная лицензия не нужна, воспользуемся свободно-распространяемой. На сайте можно почитать об ограничениях свободной лицензии. Они очень незначительны

 

Ещё раз запустим среду программирования MPLAB X IDE. Закроем там стартовое окно и перейдём на вкладку Projects

Как видим, у нас тут пусто. Исправим эту ситуацию, создав новый проэкт. Для этого выберем пунк меню File -> New Project…

Выбираем Standalone Project и идём далее

Выберем из выпадающего списка наш контроллер, отфильтровав выше для удобства по семейству

Выбираем Sinulator, так как пока мы отлаживать проект будем именно в нём. Да и мой контроллер PICkit 2 неоригинальный не поддерживается данной средой. А загружить созданную нами впоследствии прошивку мы будем спомощью специальной программы

В следующем окне выбираем наш компилятор и идём далее

В следующем окне назовём наш первый проект BLINK01, выберем папку для его хранения и оставим галку напротив того, чтобы наш проект стал главным и заетм жмём Finish

Проект появится в дереве проектов.

Создадим в нём файл main.c, выбрав соответствующий пункт контекстного меню в папке Source Files

В открывшемся окне исправим имя файла, чтобы он был именно main.c ибо нам так как-то привычнее и нажмём Finish

Файл откроется самостоятельно. В нём будет уже некоторый код

#include <xc.h>

void main(void) {

return;

}

То есть у нас уже подключена стандартная библиотека, которой нам на первых порах будет достаточно, так как в ней внутри находится подключение многих необходимых библиотек. И также у нас есть точка входа в программу — главная функция main.

Также мы знаем, что контроллеру неохдодимо постоянно находиться в работе. Для этого мы в каждый проект в главную функцию добавляем бесконечный цикл. Добавим и в этот проект

void main(void) {

  while (1)

  {

  }

  return;

Давайте соберём наш проект, нажав соответствующую кнопку в панели инструментов

Проект наш собран. Давайте посмотрим информацию в окне вывода сообщений

Это информация о затраченных и свободных ресурсах различных типов памяти контроллера.

В самом конце информационного сообщения находится путь к файлу прошивки  (нажмите на картинку для увеличения изображения)

Убедимся, что файл прошивки там действительно присутствует

Мы видим, что прошивка на месте, также в данной папке присутствует ряд других файлов с отладочной и другой информацией.

Думаю, что на этом мы наш сегодняшний урок закончим. В дальнейшем мы напишем какой-то полезный код в наш проект, попробуем его прошить сначала в протеусе, а затем в настоящий контроллер, собрав соответствующую схему и подключив программатор.

Предыдущий урок Программирование МК PIC Следующий урок

Post Views:
5 163