О. Воротынский

Микроконтроллеры семейства PICmicro18 фирмы MICROCHIP

Connectivity — самый популярный термин, встречающийся в технических статьях о микроконтроллерах в последние годы. Он означает способность контроллера взаимодействовать с внешним миром, передавать и получать информацию из внешней среды. В настоящее время ценится не только способность прибора быстро вычислять и много запоминать, но и соединяться с себе подобными и обмениваться информационными сообщениями. Именно тип интерфейса связи определяет положение чипа в мире микроконтроллеров.

Микроконтроллеры с CAN-интерфейсом

Микроконтроллеры с CAN-интерфейсом интересны, прежде всего, для разработчиков технологического оборудования, промышленной электроники, систем сбора данных. Наличие встроенного узла освобождает центральный процессор от рутинной работы обеспечения передачи и приёма кадров данных.

Долгожданная модель PIC-контроллера с CAN-интерфейсом PIC18C658/858 поступит в продажу в ближайшие месяцы. Её можно считать прародителем всех модификаций PICmicro с CAN в связи с тем, что встроенный модуль CAN2.0B одинаков для всех моделей PIC. Это позволяет переносить наработанное ПО с одной модели PIC на другую практически без изменений. Модуль CAN имеет 3 буфера-передатчика, 2 буфера-приёмника, 2 маски и 6 фильтров. Длина идентификатора — 29 бит. Скорость передачи данных — 2 Мбит/с. Архитектура и возможности встроенного модуля CAN полностью соответствует MCP2510 (CAN-контроллер фирмы MICROCHIP) с точностью до адресов регистров управления и буферов данных.

PIC18C658/858 (ядро PICmicro18): 68pin/88pin, 32 Kбайт ROM, 1536 байт RAM, 52-68 I/O, 2-уровневая система прерываний, 2 аналоговых компаратора, АЦП 12ch-16ch@10bit с возможностью измерения в спящем режиме, 4 таймера, переключение тактовой частоты на T1/T3, 2 модуля CCP, 9 бит USART, модуль MSSP (SPI 4 режима / I2C master и slave), LVD/BOR.

Заметим, что самой интересной моделью PIC-контроллеров с CAN-интерфейсом, качественно расширяющей области их применения в промышленной электронике и автоматике, является PIC18F653. Это микроконтроллер со встроенной схемой управления двигателями. Все периферийные устройства, интегрированные в PIC18F653, в той или иной комбинации встречаются и в других моделях PICmicro. Главное, что выделяет именно этот прибор — количество широтно-импульсных модуляторов управления: 6 независимых или 3 комплементарных канала 12-разрядных PWM со встроенной функцией аппаратной защиты от сбоя с разрешающей способностью в 100 нс при тактовой частоте 10 МГц и программируемой задержкой включения комплементарных выходов. Возможности измерения аналоговых сигналов расширены оригинальным АЦП с возможностью одновременного измерения по двум каналам со скоростью 200 К выборок в секунду.

PIC18F653 (ядро PICmicro18): 68pin, 32-Kb Flash, 1536 RAM, 256 EEPROM, 52 I/O, умножитель 8ґ8, 2-уровневая система прерываний, стек 31, 2 аналоговых компаратора, АЦП 10ch@10-bit, 4 таймера, переключение тактовой частоты на T1/T3, 2 модуля CCP, 9 бит USART, модуль MSSP (SPI 4режима / I2C master и slave), LVD/BOR, ICD.

Миниатюризация оборудования и снижение стоимости вскоре сделают популярным PIC18F258 — недавно анонсированный 28-pin микроконтроллер с CAN-интерфейсом. Это первый в мире микроконтроллер в 28-выводном корпусе с CAN-шиной. Не секрет, что серийный выпуск анонсируемых приборов начинается через полгода-год с момента появления первых сведений о нём. Принимая это во внимание и учитывая, что новые микроконтроллеры появятся, в лучшем случае, в ближайшие месяцы, назревает вопрос — что надо предпринять для их упреждающего использования?

Уже сейчас разработчик может собрать прототип устройства с CAN-шиной из двух узлов — микроконтроллера PIC18C452 и MCP2510. Всё программное обеспечение, созданное для этой конфигурации, может быть в дальнейшем перенесено на микроконтроллер со встроенным CAN-контроллером.

PIC18F258/458: 28pin/40pin, 32 Kбайт Flash, 1536 RAM, 256 EEPROM, 22 I/O, АЦП 5ch@10bit, 4 таймера, переключение тактовой частоты на T1/T3, CCP (PWM), 9 бит USART, модуль MSSP (SPI 4 режима / I2C master и slave), LVD/BOR, ICD.

Кстати, использование MCP2510 с микроконтроллером PIC16C505 даёт самую дешёвую реализацию узла шины с простыми пользовательскими функциями, такими как обслуживание кнопок, индикаторов и прочих подобных устройств.

Сдерживающим фактором широкого распространения CAN-шины является относительно высокая стоимость периферийного CAN-узла. Вскоре с выпуском новой серии дешёвых контроллеров MCP250XXX эта проблема будет решена.

Очень часто от узла CAN требуются минимальные функции ввода/вывода логических сигналов, аналого-цифрового преобразования или широтно-импульсной модуляции, а также невысокая цена. Именно MICROCHIP впервые в мире предложил оригинальные контроллеры серии MCP250XXX с малым количеством выводов и предельно низкой ценой, предназначенные для систем с большим количеством CAN-узлов.

В каких же ещё PIC-контроллерах можно найти CAN-интерфейс? К выпуску запланированы следующие модели: PIC18C958 (100 pin); PIC18C858, PIC18F868 (80 pin); PIC18F458 (Flash, 40 pin). Особенно интересны 100 pin PIC18C958: в нём, кроме 32 Kb EPROM линейной памяти программ на кристалле, также существует возможность подключения до 2 Mбит линейно-адресуемой внешней памяти программ.

Микроконтроллеры с USB-интерфейсом

Растущая популярность USB-интерфейса продиктовала необходимость создания недорогих малогабаритных микроконтроллеров со встроенным модулем USB. Все модели PICmicro с таким интерфейсом имеют 14-бит ядро c элементами PICmicro18 типа внутреннего умножителя частоты (PLL).

PIC16F745/765 (ядро14 бит): 28/40 pin, 8 Kслов памяти программ, 256 байт SRAM, USB1.1 (LowSpeed), 2-канальный модуль Capture/Compare/PWM (CCP), 8-бит АЦП, последовательный интерфейс USART.

PIC16F747/767 (ядро14 бит): 28/40 pin, 8 Kслов памяти программ, 256 байт SRAM, USB1.1 (LowSpeed), 2-канальный модуль Capture/Compare/PWM (CCP), 8-бит АЦП, модуль MSSP (SPI 4 режима / I2C master и slave).

Модели 745 и 747 отличаются только типом встроенного последовательного интерфейса — USART или MSSP.

Несколько слов об отладке

После сказанного выше нельзя не заметить сложность и многофункциональность микроконтроллеров, позволяющие решать большое количество прикладных задач. Однако для этого необходимо соответствующее программное обеспечение, сложность которого пропорциональна сложности решаемой задачи. Для облегчения труда разработчиков фирма Microchip предлагает широкий спектр отладочных средств для микроконтроллеров серии PICmicro.

Универсальная интегрированная среда MPLAB позволяет создавать и программно симулировать первоначальный вариант кода.

Простоту отладки программ обеспечивает встроенный аппаратный отладчик (ICD). Только два вывода микроконтроллера используются для подключения дебаггера к работающему прибору. Это даёт возможность отлаживать программу непосредственно на объекте — в автомобиле, поезде, в экспедиции и так далее. Наличие в микроконтроллере Flash-памяти и встроенной отладки позволяет разработчику исправить недоработки или добавить новые функции в работающий прибор без дополнительных материальных затрат.

Далее наступает момент окончательной отладки, подгонки коэффициентов и отслеживание работы на “критических” участках кода. Здесь и пригодится внутрисхемный эмулятор MPLAB-ICE 2000.

Внутрисхемный эмулятор — программно-аппаратное средство, способное замещать собой эмулируемый (отлаживаемый) микроконтроллер в разрабатываемой схеме. Это наиболее мощное и универсальное отладочное средство, работающее под управлением PC, упрощает подчас очень трудоёмкий процесс отладки и делает его удобным и наглядным для разработчика.

MPLAB-ICE 2000 — это внутрисхемный эмулятор, предназначенный для отладки электронных схем, содержащих микроконтроллеры серии PICmicro. Он имеет превосходные технические характеристики и обеспечивает разработчику максимум удобств для создания надёжного программного обеспечения. MPLAB-ICE 2000 поддерживает все выпускаемые на данный момент кристаллы PICmicro.

MPLAB-ICE 2000 поддерживает различные режимы эмуляции:

• отладку программы микроконтроллера непосредственно на разрабатываемом устройстве в реальном времени;
• выполнение программы в реальном времени, режимы “Запуск”, “Останов”, “Сброс”;
• пошаговую отладку;
• измерение временных интервалов между событиями;
• возможность установки программных точек останова на внутренние и/или внешние сигналы;
• мониторинг внутренних регистров микроконтроллера, используя возможности расширенного отладочного дисплея;
• программное переключение источника тактовой частоты (внутренний/внешний), а так же программную установку частоты внутреннего источника;
• просмотр и/или изменение памяти программы, содержимого EEPROM, содержимого регистров калибровочных коэффициентов (например, у PIC12C509);
• просмотр и/или изменение управляющих регистров, а также регистров общего назначения;
• просмотр содержимого стека;
• задание сложных комплексных точек останова при помощи встроенного редактора, позволяющего задавать различные комбинации событий на внутренних и внешних шинах микроконтроллера в сочетании с внешними сигналами отлаживаемого устройства;
• точки останова по времени выполнения программы.

Краткие технические характеристики MPLAB-ICE 2000:

• работа под управлением универсальной интегрированной среды разработки MPLAB-IDE;
• эмуляция при снижении напряжения питания отлаживаемой схемы вплоть до 2,0 В;
• поддержка эмуляции на всём диапазоне тактовых частот (до 25–40 МГц) как от внешнего, так и от внутреннего тактового генератора;
• возможность программной установки тактовой частоты для внутреннего генератора от 32 кГц до 25–40 МГц;
• Объём памяти для отладки: 32K x 128 бит;
• поддержка эмуляции всех корпусов PICmicro, включая DIP, SOIC, SSOP и MQFP/TQFP;
• подключение к параллельному (LPT) порту PC;
• небольшие габаритные размеры и малый вес;
• модульный дизайн, позволяющий разработчику приобретать только те блоки эмулятора, которые понадобятся ему для работы, экономя средства;
• простота в эксплуатации.

Конструктивно MPLAB-ICE2000 (фото) состоит из центрального блока (1) (Emulator Pod), соединяющегося с параллельным (LPT) портом компьютера, адаптера питания, модуля эмуляционного кристалла (2) (Processor Module) с присоединённым к нему кабелем, эмуляционной головки (3) (Device Adapter) под конкретный тип кристалла и подключаемого к нему адаптера корпуса (4) (Transition Socket), служащего для соединения эмулятора непосредственно с отлаживаемым устройством.

По умолчанию подразумевается, что тип корпуса микроконтроллера, применяемого в отлаживаемом устройстве — DIP. Но в последнее время практически во всех новых разработках применяют корпуса типа SOIC, SSOP и другие, монтируемые на поверхность печатной платы, с большим количеством выводов и малым шагом. Как быть в этом случае? Можно, конечно, предусмотреть на печатной плате разрабатываемого устройства посадочные места под микроконтроллер и для корпуса DIP (специально для отладки), и для штатного корпуса, планируемого для серийного изделия (например, TQFP). Альтернативой такого сложного метода является оригинальное решение: в том случае, если типом корпуса применяемого микроконтроллера не является DIP, необходимо подключать MPLAB-ICE 2000 к отлаживаемому устройству через адаптер корпуса (Transition Socket). Он специально разработан таким образом, чтобы обеспечить совместимость электрических сигналов между корпусами различных типов, и состоит из двух частей: адаптера панели DIP, который соединяется с MPLAB-ICE 2000, и впаиваемой непосредственно в отлаживаемую плату головки того типа корпуса, который используется в устройстве. В данный момент доступны головки SOIC — 8-, 14-, 18-, 20- и 28-Lead; SSOP — 20- и 28-Lead; MQFP/TQFP — 44-, 64- и 80-Lead. Это значительно сокращает время разработки печатной платы.

На передней панели располагается и разъём логического зонда (Logic Probe), с помощью которого можно подключать MPLAB-ICE 2000 к различным точкам отлаживаемой схемы для задания дополнительных внешних точек останова в процессе эмуляции, сюда же могут быть подключены, например, джамперы, меняющие режимы отладки устройства “на лету”.

В заключение отметим основные тенденции развития микроконтроллеров серии PICmicro18: активное внедрение технологии FLASH с сохранением цены OTP, увеличение разнообразной встроенной периферии, размещение энергонезависимой памяти данных EEPROM на кристалле, увеличение числа встроенных команд, оптимизация работы с высокоуровневыми Си-компиляторами, наличие встроенной системы отладки, программирование по последовательному интерфейсу. При этом микроконтроллеры серии PICmicro18 остаются программно- и pin-to-pin-совместимы с предыдущими семействами. Всё это, а так же наличие мощнейшей базы технической поддержки делает новое семейство многообещающим и высокоперспективным для применения в новейших радиоэлектронных разработках.

Тел.: (812) 325 5115
E-mail: oleg@aogamma.spb.su