Microchip PIC18F2XXX/4XXX 系列閃存微控制器編程指南

在電子設計領域，微控制器的編程是一項關鍵工作。今天，我們就來深入探討一下 Microchip 的 PIC18F2XXX/4XXX 系列閃存微控制器的編程規范。

文件下載：PIC18F4321-I P.pdf

一、器件概述

該文檔涵蓋了眾多型號的編程規范，包括 PIC18F2221、PIC18F2321 等一系列 2XXX 和 4XXX 家族的器件。這些器件具有不同的封裝類型，為不同的應用場景提供了多樣化的選擇。

二、編程概述

（一）編程方法

PIC18F2XXX/4XXX 系列器件可以使用高壓在線串行編程（High - Voltage In - Circuit Serial Programming?，ICSP?）方法或低壓 ICSP 方法進行編程。這兩種方法都可以在用戶系統中對器件進行操作，但低壓 ICSP 方法與高壓方法略有不同。

（二）硬件要求

1. 高壓 ICSP 模式：在此模式下，器件需要兩個可編程電源，分別為 VDD 和 MCLR/VPP/RE3 供電，且兩個電源的最小分辨率應為 0.25V。
2. 低壓 ICSP 模式：在該模式下，器件可以使用處于工作范圍內的 VDD 源進行編程，MCLR/VPP/RE3 可以保持在正常工作電壓。

（三）引腳圖

不同封裝類型的器件有不同的引腳圖，如 28 引腳的 SPDIP、PDIP、SOIC、SSOP、QFN 封裝，以及 40 引腳的 PDIP 封裝和 44 引腳的 TQFP、QFN 封裝等。了解這些引腳圖對于正確連接和編程器件至關重要。

（四）內存映射

不同型號的器件代碼內存空間大小和分布不同。例如，PIC18FX6X0 器件的代碼內存空間從 0000h 到 0FFFFh（64 Kbytes），分為四個 16 - Kbyte 塊；PIC18FX5X5 器件的代碼內存空間從 0000h 到 0BFFFFh（48 Kbytes），分為三個 16 - Kbyte 塊。同時，部分器件的 Boot Block 大小可以通過配置寄存器中的 BBSIZ 位進行調整。

（五）編程流程概述

編程過程包括批量擦除（Bulk Erase）、對代碼內存、ID 位置和數據 EEPROM（部分器件）進行編程，然后進行驗證，最后對配置位進行編程和驗證。

（六）進出編程驗證模式

1. 高壓 ICSP 模式：進入該模式時，需將 PGC 和 PGD 保持低電平，然后將 MCLR/VPP/RE3 升高到 VIHH（高電壓）。退出時則按相應的退出序列操作。
2. 低壓 ICSP 模式：當 LVP 配置位為‘1’時，可通過將 PGC 和 PGD 保持低電平，PGM 置為高電平，然后將 MCLR/VPP/RE3 升高到 VIH 進入該模式。

（七）串行編程驗證操作

1. 4 位命令：所有指令為 20 位，由 4 位命令和 16 位操作數組成。不同的 4 位命令用于不同的操作，如核心指令、表讀取、表寫入等。
2. 核心指令：用于向 CPU 核心傳遞 16 位指令以執行，為其他命令的使用設置合適的寄存器。

（八）專用 ICSP/ICD 端口（僅 44 引腳 TQFP）

PIC18F4455/4458/4550/4553 等 44 引腳 TQFP 器件支持專用 ICSP/ICD 端口，可提供另一種在線調試和 ICSP 選項。但 ICPRT 配置位只能通過默認 ICSP 端口進行編程，且不同封裝類型的器件對該位的設置有不同要求。

三、器件編程

（一）ICSP 擦除

1. 高壓 ICSP 批量擦除：通過配置位于 3C0004h 和 3C0005h 的兩個批量擦除控制寄存器來實現代碼或數據 EEPROM 的擦除。擦除操作會清除相關內存塊的代碼保護設置。
2. 低壓 ICSP 批量擦除：執行批量擦除時，器件需由參數 D111 指定的電壓供電。若電源電壓低于批量擦除限制，可參考行擦除或修改代碼內存的方法。
3. ICSP 行擦除：無論使用高壓還是低壓 ICSP，只要塊未被代碼或寫保護，就可以擦除一行（64 字節數據）。行擦除的持續時間由 PGC 外部定時控制。

（二）代碼內存編程

編程代碼內存時，先將數據加載到寫緩沖區，然后啟動編程序列。不同型號器件的寫緩沖區和擦除緩沖區大小不同，編程持續時間也由 PGC 外部定時控制。

（三）數據 EEPROM 編程

數據 EEPROM 通過地址指針（EEADRH:EEADR）和數據鎖存器（EEDATA）逐字節訪問。編程時需正確配置 EECON1 寄存器，寫入時會自動擦除原位置并寫入新數據。

（四）ID 位置編程

ID 位置的編程與代碼內存類似，用戶只需填充寫緩沖區的前 8 個字節即可寫入 ID 位置。若要修改 ID 位置，需先進行擦除操作。

（五）Boot 塊編程

使用與代碼內存編程類似的代碼序列，但地址范圍在 000000h 到 0007FFh 之間。

（六）配置位編程

配置位逐字節編程，使用“Table Write, Begin Programming”4 位命令（‘1111’），但每次只寫入 16 位有效負載中的 8 位。

四、讀取器件

（一）讀取代碼內存、ID 位置和配置位

通過 4 位命令‘1001’（表讀取，后遞增）逐字節訪問代碼內存，讀取的內容通過 PGD 串行輸出。該方法也適用于讀取 ID 和配置寄存器。

（二）驗證代碼內存和 ID 位置

驗證時，將代碼內存空間的內容讀回并與編程器緩沖區中的副本進行比較。對于 ID 位置，需手動將表指針設置為 200000h。

（三）驗證配置位

通過 4 位命令‘1001’讀取配置地址并輸出到 PGD，然后與編程器內存中的相應配置數據進行比較。

（四）讀取數據 EEPROM 內存

通過地址指針和數據鎖存器逐字節訪問數據 EEPROM，讀取的數據通過 4 位命令‘0010’輸出到 PGD。

（五）驗證數據 EEPROM

讀取數據 EEPROM 地址并輸出到 PGD，然后與編程器內存中的相應數據進行比較。

（六）空白檢查

空白檢查是驗證器件是否沒有已編程的內存單元，需對代碼內存、數據 EEPROM、ID 位置和配置位進行驗證，但忽略設備 ID 寄存器。

五、配置字

（一）配置字概述

PIC18F2XXX/4XXX 系列器件有多個配置字，可通過設置或清除這些位來選擇不同的器件配置。所有其他內存區域應在設置配置字之前進行編程和驗證。

（二）ID 位置

用戶可以在 200000h:200007h 的 8 個 ID 位置存儲識別信息，建議每個 ID 的最高半字節為 Fh。

（三）設備 ID 字

設備 ID 字位于 3FFFFEh:3FFFFFh，可用于識別正在編程的設備類型，即使在代碼或讀保護后也能正常讀取。

（四）單電源 ICSP 編程

配置寄存器 CONFIG4L 中的 LVP 位啟用單電源（低壓）ICSP 編程。該位默認從工廠設置為‘1’（啟用），若將其編程為‘0’，則只能使用高壓 ICSP 模式。

（五）在 HEX 文件中嵌入配置字和數據 EEPROM 信息

為了實現代碼的可移植性，編程器需要從 hex 文件中讀取配置字和數據 EEPROM 信息。在保存 hex 文件時，應包含這些信息，也可提供不包含這些信息的選項。

（六）校驗和計算

校驗和通過對所有代碼內存位置的內容、配置字（適當屏蔽）和 ID 位置（如果任何塊被代碼保護）進行求和得到，取該和的最低 16 位作為校驗和。

六、AC/DC 特性和時序要求

文檔給出了編程/驗證測試模式下的標準操作條件，包括各種電壓、電流、時間參數的要求，如高電壓編程電壓、低電壓編程電壓、編程電流、輸入輸出電壓等，這些參數對于正確編程和驗證器件至關重要。

在實際應用中，我們需要根據具體的器件型號和應用場景，仔細選擇合適的編程方法和參數，嚴格按照編程規范進行操作，以確保器件的正常工作。同時，對于代碼保護等功能，要充分了解其原理和限制，以保護我們的知識產權。大家在編程過程中遇到過哪些問題呢？歡迎留言討論。