תחילת העבודה עם מיקרו-בקר pic: מבוא ל- pic ו- mplabx

בשנת 1980 פיתחה אינטל את המיקרו-בקר הראשון (8051) עם הרווארד אדריכלות 8051 ומאז מיקרו-בקרים הביאו מהפכה בתחום האלקטרוניקה והתעשייה המשובצת. ועם ההתקדמות הטכנולוגית עם הזמן, כעת יש לנו הרבה מיקרו-בקרים יעילים ובעלי צריכת חשמל נמוכה יותר כמו AVR, PIC, ARM. המיקרו-בקרים הללו מסוגלים וקלים יותר לשימוש, עם פרוטוקולי התקשורת העדכניים ביותר כמו USB, I2C, SPI, CAN וכו '. אפילו Arduino ו- Raspberry Pi שינו לחלוטין את נקודת המבט כלפי מיקרו-בקרים, ו- Raspberry Pi הוא לא רק מיקרו-בקר אלא שיש לו שלם מחשב בפנים.

זה יהיה החלק הראשון בסדרת הדרכות שעוד יבואו, שיעזרו לכם בלימוד מיקרו-בקרים של PIC. אם אתה מרקע אלקטרוניקה ותמיד רצית להתחיל ללמוד כמה מיקרו-בקרים ולהכניס את עצמך לעולם של קידוד ובניית דברים, אז סדרת הדרכות זו תהיה הצעד הראשון שלך מלכתחילה.

מיקרו-בקר PIC הוא בחירה נוחה מאוד להתחיל עם פרויקטים של מיקרו-בקר, מכיוון שיש לו פורומים תומכים מעולים וישמש בסיס חזק לבנות על כל המיקרו-בקרים המתקדמים שלך שעוד לא תלמד.

מדריכים אלה מיועדים ללומדים מוחלטים או בינוניים; תכננו להתחיל עם הפרויקטים הבסיסיים ביותר למתקדמים. אנו מצפים ללא דרישות קדם מהלומדים מכיוון שאנו כאן כדי לעזור לך מכל רמה שהיא. בכל הדרכה יהיה הסבר תיאורטי וסימולציה ולאחריהם הדרכה מעשית. הדרכות אלה לא יכללו לוחות פיתוח כלשהם, אנו נכין מעגלים משלנו באמצעות לוח perf. אז התכונן, והקדש זמן כל שבוע כדי לשפר אותך באמצעות מיקרו-בקרים.

עכשיו בואו נתחיל עם מבוא פשוט על מיקרו - בקרים של PIC וכמה הגדרות תוכנה שיאפשרו לנו להפעיל את ההדרכה הבאה שלנו. בדוק את הווידאו בסוף להתקנה והתקנה של MPLABX, XC8, Proteus ו unboxing מהיר של מתכנת PICkit 3.

אדריכלות ויישומים של מיקרו-בקר PIC:

מיקרו-בקרת ה- PIC הוצגה על-ידי Microchip Technologies בשנת 1993. במקור, ה- PIC הללו פותחו כחלק ממחשבי ה- PDP (מעבד נתונים מתוכנת) וכל התקני היקף של המחשב התממשקו באמצעות מיקרו-בקר PIC זה. מכאן ש- PIC מקבל את שמו כמו בקר ממשק היקפי. מאוחר יותר Microchip פיתחה הרבה IC של סדרות PIC שיכולות לשמש לכל יישום קטן כמו יישום תאורה עד המתקדם.

כל מיקרו-בקר יבנה סביב ארכיטקטורה כלשהי, הסוג המפורסם ביותר של אדריכלות הוא אדריכלות הרווארד, ה- PIC שלנו מבוסס על אדריכלות זו מכיוון שהוא שייך למשפחת 8051 הקלאסית. בואו ניכנס למבוא קטן על ארכיטקטורת הרווארד של ה- PIC.

מיקרו PIC16F877A מורכב מעבד מובנה, I / יציאות O, ארגון הזיכרון, ממיר A / D, טיימרים / מונים, פסיקות, תקשורת טורית, מתנד ומודול המק"ס אשר לאסוף הופך את IC מיקרו עוצמה למתחילים להתחיל עם. תרשים הבלוקים הכללי של אדריכלות PIC מוצג להלן

מעבד (יחידת עיבוד מרכזית):

למיקרו-בקר יש מעבד לביצוע פעולות חשבון, החלטות לוגיות ופעולות הקשורות לזיכרון. על המעבד לתאם בין זיכרון RAM וציוד היקפי אחר של המיקרו-בקר.

הוא מורכב מ- ALU (יחידת לוגיקה אריתמטית), באמצעותה היא מבצעת את פעולות החשבון וההחלטות ההגיוניות. יש גם MU (יחידת זיכרון) לאחסון ההוראות לאחר ביצוען. MU זה מחליט על גודל התוכנית של ה- MC שלנו. הוא מורכב גם מ- CU (יחידת בקרה) המשמש כאוטובוס תקשורת בין המעבד לבין ציוד היקפי אחר של המיקרו-בקר. זה עוזר בהבאת הנתונים לאחר עיבודם במרשמים שצוינו.

זיכרון גישה אקראית (RAM):

זיכרון גישה אקראית הוא זה שקובע את מהירות המיקרו-בקר שלנו. ה- RAM מורכב מבנקים רושמים בתוכו, שלכל אחד מהם מוקצה משימה ספציפית. בסך הכל ניתן לסווג אותם לשני סוגים:

• רישום למטרות כלליות (GPR)
• רישום פונקציות מיוחדות (SFR)

כפי שהשם מרמז GPR משמשים לפונקציות רישום כלליות כמו חיבור, חיסור וכו 'פעולות אלה מוגבלות בתוך 8 סיביות. כל המרשמים תחת ה- GPR ניתנים לכתב וניתנים לקריאה. אין להם שום פונקציות בכוחות עצמם אלא אם כן מוגדרת תוכנה.

בעוד ש- SFR משמש לביצוע פונקציות מיוחדות מסובכות הכוללות גם טיפול של 16 סיביות, הרי שניתן לקרוא את הרישומים שלהם (R) ואנחנו לא יכולים לכתוב להם (W) שום דבר. כך שלרשומות הללו יש פונקציות מוגדרות מראש לביצוע, אשר נקבעות בזמן הייצור והן פשוט מציגות בפנינו את התוצאה ובאמצעותה אנו יכולים לבצע פעולות קשורות.

זיכרון לקריאה בלבד (ROM):

הזיכרון לקריאה בלבד הוא המקום בו נשמרת התוכנית שלנו. זה קובע את הגודל המרבי של התוכנית שלנו; מכאן שהוא נקרא גם כזיכרון תוכנית. כאשר ה- MCU פועל, התוכנית המאוחסנת ב- ROM מבוצעת לפי כל מחזור הוראות. ניתן להשתמש ביחידת זיכרון זו רק בעת תכנות ה- PIC, במהלך הביצוע היא הופכת לזיכרון לקריאה בלבד.

זיכרון לקריאה בלבד לתכנות (EEPROM) הניתן לתכנות מחיקת חשמל:

EEPROM הוא סוג אחר של יחידת זיכרון. ביחידת זיכרון זו ניתן לשמור ערכים במהלך ביצוע התוכנית. הערכים המאוחסנים כאן הם רק מחיקת חשמל כלומר ערכים אלה יישמרו ב- PIC גם כאשר ה- IC כבוי. הם יכולים לשמש כשטח זיכרון קטן לאחסון הערכים המבוצעים; עם זאת, שטח הזיכרון יהיה פחות בפחות של KB.

זיכרון פלאש :

זיכרון פלאש הוא גם זיכרון קריאה בלבד לתכנות (PROM) בו אנו יכולים לקרוא, לכתוב ולמחוק את התוכנית אלפי פעמים. באופן כללי, מיקרו-בקר PIC משתמש בסוג זה של ROM.

יציאות קלט / פלט

• ה- PIC16F877A שלנו מורכב מחמישה יציאות כלומר נמל A, נמל B, נמל C, נמל D ונמל E.
• מכל חמשת הנמלים רק יציאה A היא 16 סיביות, ונמל E הוא 3 סיביות. שאר הנמלים הם 8 סיביות.
• הפינים ב- PORTS אלה יכולים לשמש כקלט או פלט, בהתבסס על תצורת TRIS Register.
• מלבד ביצוע פעולות קלט / פלט ניתן להשתמש בפינים גם לפונקציות מיוחדות כמו SPI, Interrupt, PWM וכו '.

אוֹטוֹבּוּס:

המונח אוטובוס הוא רק חוט חוטים המחבר את התקן הקלט או הפלט עם מעבד ו- RAM.

אוטובוס נתונים משמש להעברה או לקבלת הנתונים.

אוטובוס הכתובות משמש להעברת כתובת הזיכרון מהציוד ההיקפי למעבד. סיכות קלט / פלט משמשות לממשק ציוד היקפי חיצוני; UART ו- USART שני פרוטוקולי התקשורת הטורית משמשים לממשק להתקנים טוריים כמו GSM, GPS, Bluetooth, IR וכו '.

בחירה של מיקרו-בקר PIC להדרכות שלנו:

PIC מיקרו-בקרים מחברת Microchip מחולקים לארבע משפחות גדולות. לכל משפחה מגוון רכיבים המספקים תכונות מיוחדות מובנות:

1. המשפחה הראשונה, PIC10 (10FXXX) - נקראת Low End.
2. המשפחה השנייה, PIC12 (PIC12FXXX) - נקראת Mid-Range.
3. המשפחה השלישית היא PIC16 (16FXXX).
4. המשפחה הרביעית היא PIC 17/18 (18FXXX)

מכיוון שאנחנו מתחילים ללמוד על PIC, בואו נבחר IC המשמש וזמין באופן אוניברסלי. IC זה שייך למשפחת 16F ומספר החלק של ה- IC הוא PIC16F877A. מההדרכה הראשונה ועד הסוף נשתמש באותו IC מכיוון שה- IC הזה מצויד בכל התכונות המתקדמות כמו SPI, I2C ו- UART וכו '. אבל אם לא תשיג שום דבר מהדברים האלה עכשיו זה בסדר גמור, להתקדם בכל הדרכה ולבסוף משתמש בכל התכונות שהוזכרו לעיל.

לאחר בחירת ה- IC, חשוב מאוד לקרוא את גליון הנתונים של ה- IC. זה צריך להיות הצעד הראשון בכל מושג שאנחנו עומדים לנסות. כעת מאחר שבחרנו PIC16F877A זה מאפשר לקרוא את המפרט של IC זה בגליון הנתונים.

התכונה ההיקפית מזכירה כי יש לו 3 טיימרים, שניים מהם 8 ביט ואחד הוא prescaler בעל 16 ביט. טיימרים אלה משמשים ליצירת פונקציות תזמון בתוכנית שלנו. הם יכולים לשמש גם כדלפקים. זה גם מראה שיש לו אפשרויות CCP (Capture Compare ו- PWM), שעוזרות לנו לייצר אותות PWM ולקרוא את אותות התדרים הנכנסים. לתקשורת עם מכשיר חיצוני, יש לו SPI, I2C, PSP ו- USART. מטעמי בטיחות הוא מצויד ב- Brown-out Reset (BOR), המסייע באיפוס תוכנית ה- while.

התכונות האנלוגיות, מציין כי ל- IC יש 10 סיביות ADC בעל 8 ערוצים. המשמעות היא שה- IC שלנו יכול להמיר ערכים אנלוגיים לדיגיטליים ברזולוציה של 10 סיביות, ויש לו 8 פינים אנלוגיים לקריאתם. יש לנו גם שני משווים פנימיים שבאמצעותם ניתן להשוות את המתח הנכנס ישירות מבלי לקרוא אותם דרך התוכנה.

התכונות המיוחדות למיקרו-בקר מסמלות שיש לו 100,000 מחיקות מחיקה / כתיבה, כלומר ניתן לתכנת אותו כ- 100,000 פעמים. Programming Serial Programming ™ (ICSP ™), מסייע לנו לתכנת את ה- IC ישירות באמצעות PICKIT3. ניתן לבצע ניפוי באגים באמצעות איתור באגים במעגל (ICD). תכונת בטיחות נוספת היא טיימר Watchdog (WDT), שהוא טיימר אמין בעצמו המאפס את כל התוכנית במידת הצורך.

התמונה שלמטה מייצגת את הפיננסים של ה- PIC16F877A IC שלנו. תמונה זו מייצגת כל סיכה כנגד שמה ותכונות אחרות שלה. ניתן למצוא זאת גם בגיליון הנתונים. שמור על תמונה זו בהישג יד שכן היא תעזור לנו במהלך עבודות החומרה שלנו.

מבחר תוכנות להדרכות שלנו:

ניתן לתכנת מיקרו-בקר PIC עם תוכנות שונות הקיימות בשוק. ישנם אנשים שעדיין משתמשים בשפת הרכבה כדי לתכנת רכיבי MCU של PIC. עבור ההדרכות שלנו בחרנו את התוכנה והמהדר המתקדמים ביותר שפותחו על ידי Microchip עצמו.

על מנת לתכנת את המיקרו-בקר PIC נצטרך IDE (סביבת פיתוח משולבת), שם מתרחש התכנות. מהדר, שבו התכנית שלנו מקבלת להמרת קבצי HEX שנקראים טופס הקריא MCU. מפ"ב (סביבת תכנות משולבת), אשר משמש כדי לזרוק קובץ hex שלנו לתוך יחידות MCU PIC שלנו.

IDE: MPLABX v3.35

IPE: MPLAB IPE v3.35

מהדר: XC8

Microchip נתן את כל שלוש התוכנות הללו בחינם. ניתן להוריד אותם ישירות מהעמוד הרשמי שלהם. סיפקתי גם את הקישור לנוחיותך. לאחר ההורדה התקן אותם במחשב שלך. אם יש לך בעיה לעשות זאת, תוכל להציג את הסרטון שניתן בסוף.

לצורך סימולציה השתמשנו בתוכנה בשם PROTEUS 8, המסופקת על ידי Labcenter. ניתן להשתמש בתוכנה זו כדי לדמות את הקוד שלנו שנוצר באמצעות MPLABX. יש תוכנת הדגמה בחינם שניתן להוריד מהדף הרשמי שלהם דרך הקישור.

היכנות עם חומרה:

כל ההדרכות שלנו יסתיימו בחומרה. כדי ללמוד PIC בצורה הטובה ביותר האפשרית, מומלץ תמיד לבדוק את הקודים והמעגלים שלנו על פני חומרה, מכיוון שאמינות הסימולציה היא פחותה מאוד. קודים שעובדים על תוכנת סימולציה עשויים שלא לעבוד כצפוי בחומרה שלך. לפיכך אנו בונים מעגלים משלנו על לוחות Perf כדי לזרוק את הקודים שלנו.

לזרוק או להעלות הקוד שלנו לתוך PIC, נצטרך PICkit 3. PICkit 3 מתכנת / הבאגים הן פשוט, בעלות נמוכה במעגל הבאגים כי נשלט על ידי מחשב פועל MPLAB IDE (v8.20 או יותר) תוכנה על פלטפורמת Windows. 3 PICkit מתכנת / הבאגים הוא חלק אינטגרלי של חבילת כלי של מהנדס פיתוח. בנוסף לכך נצטרך גם חומרה אחרת כמו לוח Perf, תחנת הלחמה, מכשירי PIC, מתנדים קריסטלים, קבלים וכו '. אך נוסיף אותם לרשימה שלנו ככל שנעבור בהדרכות שלנו.

הבאתי את ה- PICkit 3 שלי מאמזון, את הווידאו הלא-אגרוף של אותו ניתן למצוא בסרטון למטה. הקישור ל- PICKIT3 מסופק גם כן; המחיר אולי קצת גבוה אבל תאמין לי שכדאי להשקיע.