Отладочная плата для PIC18 своими руками⁠⁠

Если Вы давно мечтали сделать отладочную плату  на базе микроконтроллера PIC18  своими руками, но не знали как, то в этом деле поможет данная статья.

Рассматриваемый принцип является одним из вариантов реализации (причем устаревший), на рынке существует масса готовых отладочных плат для множества решений. Поэтому принципы изложенные в данной статье, я отношу к категории "сделай сам", чтобы накопить опыт и знания базисов.

Итак, всем кто остался в статье:

Для указанных целей потребуется реализовать несколько основных моментов:

1. Распайку микроконтроллера на плате;

1.а. Прошить программу bootloader'a, при помощи программатора;

2. Собрать модуль USB-UART для связи с ПК;

2.а. Установить драйвер на ПК;

2.б. Установить ПО на ПК для связи с микроконтроллером;

3. Написать целевую программу и записать ее в контроллер;

По п.1. создание печатной платы - здесь относительно всё просто, делаем разводку на плате для всех ног микроконтроллера, не забыв, для удобства вывести ноги ICSP разъема в отдельную группу, примерно так, как это выглядит на картинке. На плате желательно указать номера ног и имена портов.

Отладочную плату я выполнил с маской используя метод фоторезиста, хотя это не является обязательным. Принципиальная схема включения контроллера примитивна и должна соответствовать схеме включения по дататшиту. В моем случае, используется контроллер PIC18F46K22, так как он имеет два порта UART, что добавляет универсальности схеме.

Впаиваем контроллер, кварцевый резонатор можно и не впаивать, если предполагается использовать только интегрированный. Также, желателен резистор 10К подвесить к MCLR и организовать подключение ICSP-разъема следующим образом:

Организованная группа пинов ICSP разъема позволит использовать программатор подобным образом, чтобы не использовать провода при прошивке контроллера.

П. 1.а.  Прошивка контроллера программой bootloader , которую можно написать самому при желании, но в данном случае я использовал Исходники AN1310  из комплекта выпущенного Microchip - Serial Bootloader AN1310. (можно скачать в интернете),

Однако, этот метод организации Bootloader для PIC18 настолько дремуч, что я даже не смог найти ссылок на официальном сайте Microchip , так как давно уже не используется и не поддерживается. Но для целей электива по теме отладочных плат - сойдет.

Итак, Вы нашли и скачали исходники Bootloader AN1310 (и сам дистрибутив Serial Bootloader), для работы с ними потребуется MPLAB IDE v8.92.

До того, как вы скомпилируете проект и требуется выполнить несколько ключевых моментов:

- выбрать требуемый UART порт, так как PIC18F46K22 имеет два USART модуля, а программа Bootloader'а по умолчанию использует первый.

Требуется открыть код файла bootconfig.inc, идущего в комплекте AN1310 и этом в файле можно выбрать один из двух режимов работы Bootloader'а:

#define UARTNUM 1 , где 1 или 2 будет равняться UART1 или UART2

- выбрать участок занятой Flash-памяти, в моем примере весь Bootloader размещается в начале файла, Это позволяет более рационально и экономно распределить ресурсы Flash-памяти между микроконтроллером и Bootloader'ом. Во-вторых, весь код, который необходим для работы Bootloader'а можно аппаратно защитить от записи, ничто не cможет его повредить. Чтобы задействовать REMAPPED Bootloader, необходимо в bootconfig.inc указать

#define BOOTLOADER_ADDRESS 0. (такая строка там есть, возможно ее достаточно раскомментировать)

- биты конфигурации. Обязательное внимание уделяем битам, таким как:

FOSC - ставим в зависимости от того, какой осцилятор используется внешний/внутрений; 

PLLCFG - ускоритель частоты х 4 - не включаем.

PWRTEN - пауза для стаблизации питания, включаем.

WDTEN - ватч.дог, выключаем.

PBADEN - особенность для PIC18F46K22, переводит порты PORTB 5..0 в аналог или цифровой выход

MCLRE - активируем внешний сброс (MCLR Pin Enable bit (MCLR pin enabled, RE3 input pin disabled))

(Читаем даташит!)

Теперь всё готово, прошиваем контроллер используя программатор.

п.2 Собрать переходник USB-UART (или использовать промышленного производства)

С самостоятельной сборке ничего сложного нет, требуется использовать FT232 (есть и другие варианты, например, CP2102) для организации такого подключения. Можно, при желании выполнить сразу в составе отладочной платы, но я вынес в отдельную плату-модуль.

п. 2.а. Установить драйвер на ПК Главной сложностью, с которой можно здесь столкнуться - драйвер. В целом все просто, микросхема FT232 поддерживается компанией FTDI и поставляет драйвер, только он установится как USB устройство, однако, наш Serial Bootloader работает только с COM.

Поэтому, в драйвере INF потребуется поменять PID , добавив его в раздел

[FtdiHw]

%VID_0403&PID_6001.DeviceDesc%=FtdiPort.NT,FTDIBUS\COMPORT&VID_0403&PID_6001

[FtdiHw.NTamd64]

%VID_0403&PID_6001.DeviceDesc%=FtdiPort.NTamd64,FTDIBUS\COMPORT&VID_0403&PID_6001

После его установки, драйвер относится к разделу COM портов.

п. 2.б. Установить ПО на ПК для связи с микроконтроллером

Берем ПО из архива с  Microchip Serial Bootloader AN1310 , в состав которого, входит ПО AN1310 v1.05r.

В настройках не забываем выбрать соответствующий порт. Программа умеет шить и конфигурационные биты (с чем надо обращаться с осторожностью) и eeprom.

Подключаем переходник UART-USB, к соответствующему порту контроллера и нажимаем кнопку Break/Reset.

Важно!

Тем самым, на выходах RX/TX формируется логические нули, что для прошивки bootloader является триггером определяющим, какую часть кода исполнять, т.е. запуска прошивки пользователя, либо прошивки bootloader.

С данного момент, после подачи нуля на MCLR (или банального отключения питания), контроллер в момент старта (перезагрузки) определит какую часть кода он запустит.

- Если пользовательское ПО еще на записано в контроллер, то запустится программа bootloader в любом случае.

- Если  на RX/TX сформированы логические нули (нажат Break/Reset) и контроллер перезапущен, то запустится программа bootloader.

- В других случаях, при перезагрузке контроллера, будет запущено пользовательское ПО (если оно есть).

Итак, Break/Reset нажат и контроллер перезагружен!, нажимаем, Bootloader mode. И если видите следующую картину, то bootloader запустился и с ним можно работать.

Например, прочитав можно изучить состав данных в CONFIG, EEPROM и пр.

п.3. Написать целевую программу и записать ее в контроллер;

Наиважнейшим этапом написания программы под bootloader является - offset (или смещение). В пункте п.1.а. указывалось, что программа bootloader'a размещается в самом начале и защищена от записи, следовательно, для целей смещения кода (внутри hex файла) пользовательской программы, обязательно используется linker. Для pic18 и компилятора XC8 это сделать достаточно просто (для PIC24 всё мягко говоря сложнее в разы):

После чего, скомпилированный код не будет затрагивать указанные интервалы пространства.

Для большего понимания зачем это нужно, вот скрин из даташита к AN1310:

По факту завершения написания программы, компилируете и возвращаетесь в Serial Bootloader AN1310., затем:

Reset\Break + MCLR

Запускаем Bootloader, убеждаемся, что он запущен

Открываем скомпилированный код HEX и нажимаем Write Device

По завершение загрузки, нажимаем  Run

Контроллер сразу начнет выполнение пользовательского кода.

Вот как так это всё и работает. Зато это гораздо интереснее этой вашей арудины.

В следующий раз расскажу про Bootloader PIC24 и самописное ПО для ПК.

Ссылки на предыдущие части:

Тест LCD 16bit , ОЗУ, SDCARD на PIC24

Bluetooth термометр  или вариации на тему

Радиоприемник на базе цифрового радиочипа и контроллера PIC

Многофункциональное устройство своими руками, часть 2

Многофункциональное устройство своими руками

Часы пикабушника