PIC18FXX20系列閃存微控制器編程全解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，微控制器的編程是一項(xiàng)基礎(chǔ)且關(guān)鍵的工作。今天我們聚焦Microchip的PIC18FXX20系列閃存微控制器，深入探討其編程規(guī)范和相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)。

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一、器件概述

PIC18FXX20涵蓋了多個(gè)具體型號(hào)，像PIC18F6520、PIC18F6620、PIC18F6720、PIC18F8520、PIC18F8620以及PIC18F8720等。這些型號(hào)在不同應(yīng)用場(chǎng)景中都有廣泛的用途，了解它們的編程規(guī)范對(duì)于工程師來說至關(guān)重要。

二、編程概述

（一）編程方法

該系列器件支持兩種編程方式：高壓在線串行編程（High Voltage In-Circuit Serial Programming，簡(jiǎn)稱HV-ICSP）和低壓在線串行編程（Low Voltage In-Circuit Serial Programming，簡(jiǎn)稱LV-ICSP）。這兩種方式都能在用戶系統(tǒng)中對(duì)器件進(jìn)行編程。其中，LV-ICSP方式與HV-ICSP方式略有不同，在實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。

（二）硬件要求

1. 高壓ICSP模式：在這種模式下，PIC18FXX20需要兩個(gè)可編程電源，分別為VDD和MCLR/VPP供電，且這兩個(gè)電源的最小分辨率要達(dá)到0.25V。
2. 低壓ICSP模式：在此模式下，使用處于工作范圍內(nèi)的VDD電源就能完成編程，意味著MCLR/VPP可保持在正常工作電壓。

（三）引腳圖和引腳描述

（四）內(nèi)存映射

1. 代碼內(nèi)存：代碼內(nèi)存空間從0000h延伸到1FFFFh（共128KB），被劃分為八個(gè)16KB的塊。其中，地址0000h到01FFh定義為“Boot Block”區(qū)域，它與Block 1的處理方式不同。不同型號(hào)的器件代碼內(nèi)存大小有所差異：
   • PIC18F6520和PIC18F8520：000000h - 007FFFh（32K）
   • PIC18F6620和PIC18F8620：000000h - 00FFFFh（64K）
   • PIC18F6720和PIC18F8720：000000h - 01FFFFh（128K）
2. 配置和ID空間：除了代碼內(nèi)存空間，配置和ID空間中有三個(gè)塊可通過表讀取和表寫入的方式供用戶訪問。用戶可以在八個(gè)ID寄存器中存儲(chǔ)識(shí)別信息，這些ID寄存器映射在地址200000h到200007h。地址300000h到30000Dh用于配置位，3FFFFEh和3FFFFFh用于設(shè)備ID位。

（五）內(nèi)存地址指針

地址空間從0000000h到3FFFFFh的內(nèi)存通過表指針（Table Pointer）進(jìn)行尋址，表指針由三個(gè)指針寄存器組成：

• TBLPTRU（位于RAM地址0FF8h）
• TBLPTRH（位于RAM地址0FF7h）
• TBLPTRL（位于RAM地址0FF6h）

在進(jìn)行許多讀寫操作之前，會(huì)使用4位命令‘0000’（核心指令）來加載表指針。

（六）編程過程概述

編程過程大致如下：首先進(jìn)行批量擦除，接著對(duì)代碼內(nèi)存、ID位置和數(shù)據(jù)EEPROM進(jìn)行編程，然后對(duì)這些內(nèi)存進(jìn)行驗(yàn)證，確保編程成功。若未檢測(cè)到錯(cuò)誤，再對(duì)配置位進(jìn)行編程和驗(yàn)證。

（七）進(jìn)入編程/驗(yàn)證模式

1. 高壓ICSP模式：將SCLK和SDATA拉低，然后將MCLR/VPP升高到VIHH（高壓），即可進(jìn)入該模式。在此模式下，可對(duì)代碼內(nèi)存、數(shù)據(jù)EEPROM、ID位置和配置位進(jìn)行串行訪問和編程。
2. 低壓ICSP模式：當(dāng)LVP配置位為‘1’時(shí)，該模式被啟用。將SCLK和SDATA拉低，PGM置為邏輯高電平，然后將MCLR/VPP升高到VIH，即可進(jìn)入該模式。此時(shí)，RB5/PGM引腳專門用于編程功能，不再作為通用I/O引腳。

（八）串行編程/驗(yàn)證操作

三、器件編程

（一）批量擦除

1. 高壓ICSP批量擦除：通過向地址3C0004h寫入“擦除選項(xiàng)”來實(shí)現(xiàn)代碼或數(shù)據(jù)EEPROM的擦除。代碼內(nèi)存可以部分擦除，也可以一次性擦除整個(gè)器件。批量擦除操作還會(huì)清除與被擦除內(nèi)存塊相關(guān)的任何代碼保護(hù)設(shè)置。以下是一些擦除選項(xiàng)：	描述	數(shù)據(jù)
   芯片擦除	80h
   擦除數(shù)據(jù)EEPROM	81h
   擦除Boot Block	83h
   擦除Block 1	88h
   擦除Block 2	89h
   擦除Block 3	8Ah
   擦除Block 4	8Bh
   擦除Block 5	8Ch
   擦除Block 6	8Dh
   擦除Block 7	8Eh
   擦除Block 8	8Fh

2. 低壓ICSP批量擦除：若要執(zhí)行批量擦除，器件需由參數(shù)#D111指定的電壓供電，其他批量擦除細(xì)節(jié)與高壓ICSP模式相同。
3. 多面板單行擦除：無論使用高壓還是低壓ICSP，都能同時(shí)擦除所有面板中的單行（64字節(jié)數(shù)據(jù)）。該功能通過對(duì)位于3C0006h的編程控制寄存器進(jìn)行適當(dāng)配置來啟用。

（二）代碼內(nèi)存編程

編程代碼內(nèi)存時(shí)，需先將數(shù)據(jù)加載到相應(yīng)的寫緩沖區(qū)，然后啟動(dòng)編程序列。代碼內(nèi)存空間中的每個(gè)面板都有一個(gè)8字節(jié)深的寫緩沖區(qū)，在啟動(dòng)寫序列之前必須先將其加載。通常采用多面板寫入模式，即所有程序緩沖區(qū)并行寫入。編程持續(xù)時(shí)間由SCLK外部定時(shí)控制，在發(fā)出“開始編程”命令（4位命令‘1111’）后，發(fā)出NOP命令，將第4個(gè)SCLK保持高電平一段時(shí)間P9，之后將SCLK拉低，編程序列終止。

（三）數(shù)據(jù)EEPROM編程

數(shù)據(jù)EEPROM通過地址指針（寄存器對(duì)EEADR:EEADRH）和數(shù)據(jù)鎖存器（EEDATA）逐字節(jié)訪問。寫入時(shí)，先將所需內(nèi)存位置加載到EEADR:EEADRH，將數(shù)據(jù)加載到EEDATA，然后通過對(duì)EECON1和EECON2寄存器進(jìn)行適當(dāng)配置來啟動(dòng)內(nèi)存寫入。寫入時(shí)會(huì)自動(dòng)擦除該位置并寫入新數(shù)據(jù)。

（四）ID位置編程

ID位置的編程方式與代碼內(nèi)存類似，但需禁用多面板寫入功能。要寫入的單個(gè)面板將根據(jù)表指針的值自動(dòng)啟用。ID寄存器映射在地址200000h到200007h，即使應(yīng)用了代碼保護(hù)，這些位置也能正常讀出。

（五）Boot Block編程

Boot Block段的編程方式與ID位置完全相同，同樣需要禁用多面板寫入功能，確保只寫入地址范圍在0000h到01FFh的數(shù)據(jù)。

（六）配置位編程

與代碼內(nèi)存不同，配置位是逐字節(jié)進(jìn)行編程的。使用“表寫入，開始編程”4位命令（1111），但后續(xù)16位有效負(fù)載中只有8位會(huì)被寫入，LSB寫入偶數(shù)地址，MSB寫入奇數(shù)地址。

四、讀取器件

（一）讀取內(nèi)存

通過4位命令‘1001’（表讀取，后遞增）逐字節(jié)訪問代碼內(nèi)存，將表指針指向的內(nèi)存內(nèi)容加載到表鎖存器，然后通過SDATA串行輸出。這種方法同樣適用于讀取ID和配置寄存器。

（二）驗(yàn)證操作

1. 驗(yàn)證代碼內(nèi)存和ID位置：驗(yàn)證過程是將讀取的代碼內(nèi)存空間與編程器緩沖區(qū)中的副本進(jìn)行比較，逐字節(jié)讀取內(nèi)存，需讀取兩個(gè)字節(jié)才能與編程器緩沖區(qū)中的字進(jìn)行比較。驗(yàn)證完代碼內(nèi)存后，需手動(dòng)將表指針設(shè)置為200000h（ID位置的基地址）。
2. 驗(yàn)證配置位：通過4位命令‘1001’讀取配置地址并輸出到SDATA，然后將結(jié)果與編程器內(nèi)存中的相應(yīng)配置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
3. 驗(yàn)證數(shù)據(jù)EEPROM：通過一系列核心指令（4位命令‘0000’）讀取數(shù)據(jù)EEPROM地址，然后通過4位命令‘0010’（移出數(shù)據(jù)保持寄存器）將結(jié)果輸出到SDATA，再與編程器內(nèi)存中的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

（三）空白檢查

“空白檢查”是指驗(yàn)證器件是否沒有已編程的內(nèi)存單元，需要對(duì)代碼內(nèi)存、數(shù)據(jù)EEPROM、ID位置和配置位進(jìn)行驗(yàn)證，但要忽略設(shè)備ID寄存器（3FFFFEh:3FFFFFh）。空白或已擦除的內(nèi)存單元讀取值為‘1’，因此空白檢查就是驗(yàn)證所有字節(jié)是否讀取為FFh（配置位除外）。

五、配置字

（一）ID位置

用戶可在200000h到200007h映射的八個(gè)ID位置中存儲(chǔ)識(shí)別信息，建議每個(gè)ID的最高有效半字節(jié)為0Fh，這樣可避免用戶代碼意外從ID空間執(zhí)行。

（二）設(shè)備ID字

PIC18FXX20的設(shè)備ID字位于3FFFFEh到3FFFFFh，編程人員可利用這些位來識(shí)別正在編程的設(shè)備類型，即使應(yīng)用了代碼或讀取保護(hù)，這些位也能正常讀出。

（三）低壓編程（LVP）位

配置寄存器CONFIG4L中的LVP位用于啟用低壓ICSP編程，出廠時(shí)該位默認(rèn)值為‘1’。若不使用低壓編程模式，可將LVP位編程為‘0’，此時(shí)RB5/PGM將成為數(shù)字I/O引腳。但需注意，LVP位只能通過進(jìn)入高壓ICSP模式進(jìn)行編程，一旦編程為‘0’，就只能使用高壓ICSP模式對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程。

（四）嵌入配置字信息和數(shù)據(jù)EEPROM信息

為了實(shí)現(xiàn)代碼的可移植性，PIC18FXX20編程器需要從HEX文件中讀取配置字信息和數(shù)據(jù)EEPROM信息。若這些信息缺失，應(yīng)發(fā)出簡(jiǎn)單的警告消息。保存HEX文件時(shí)，必須包含所有配置字信息和數(shù)據(jù)EEPROM信息，也可提供不包含這些信息的選項(xiàng)。

（五）校驗(yàn)和計(jì)算

校驗(yàn)和的計(jì)算方法是將以下內(nèi)容相加：所有代碼內(nèi)存位置的內(nèi)容、經(jīng)過適當(dāng)掩碼處理的配置字以及ID位置。取該和的最低16位作為校驗(yàn)和。不同型號(hào)和代碼保護(hù)設(shè)置下的校驗(yàn)和計(jì)算方法在文檔中有詳細(xì)說明。

六、AC/DC特性和時(shí)序要求

文檔中給出了編程/驗(yàn)證測(cè)試模式下的標(biāo)準(zhǔn)操作條件，包括工作溫度、各種電壓、電流、時(shí)間等參數(shù)的范圍和要求。例如，高壓編程電壓MCLR/VPP的范圍是9.00 - 13.25V，低壓編程電壓范圍是2.00 - 5.50V，供應(yīng)電壓在正常編程時(shí)為2.00 - 5.50V，批量擦除操作時(shí)為4.50 - 5.50V等。

綜上所述，PIC18FXX20系列閃存微控制器的編程涉及多個(gè)方面，從編程方法、硬件要求到內(nèi)存操作、配置字設(shè)置等都需要工程師仔細(xì)研究和掌握。希望通過本文的介紹，能幫助大家更好地理解和應(yīng)用PIC18FXX20的編程技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過關(guān)于這些微控制器編程的難題呢？又有哪些獨(dú)特的解決方案呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。