PIC tahvel: funktsioonid, PIC-perekonnad, programmeerimine ja silumine

PIC-plaat on valmis trükkplaat, mis kasutab Microchip PIC mikrokontrollerit. See sisaldab toiteregulatsiooni, kella allikat, lähtestusahelat, ICSP programmeerimispinne ja põhilisi I/O ühendusi. See artikkel selgitab PIC-perekondi, riistvaraplokke, toitevalikuid, laienduspäiseid, MPLAB X seadistust, silumise tuge ja platvormide võrdlusi üksikasjalikult.

PIC juhatuse ülevaade

PIC plaat on valmis trükkplaat, mis on ehitatud Microchip PIC mikrokontrolleri ümber. See sisaldab stabiilseks tööks vajalikku tugiriistvara, nagu toiteregulatsioon, kella allikas, lähtestusahel, programmeerimisliides ja põhilised sisend/väljund ühendused.

PIC laua peamine eesmärk on arenduse lihtsustamine. Selle asemel, et ehitada kõik toetavad ahelad nullist, pakub plaat usaldusväärset lähtepunkti püsivara testimiseks, signaalide kontrollimiseks ja prototüüpide ehitamiseks. See teeb PIC-plaadid kasulikuks õppimiseks, tootearenduseks ja juhtimissüsteemide testimiseks.

PIC mikrokontrolleri tuum ja perekonnad, mida kasutatakse PIC plaatidel

Iga PIC-plaadi keskmes on PIC mikrokontroller, mis käivitab püsivara ja juhib plaadi I/O-d. PIC-seadmed kasutavad Harvardi arhitektuuri, kus programmimälu ja andmemälu on eraldi. See aitab PIC-plaatidel pakkuda ennustatavat ajastust ja stabiilset käitumist juhtimisrakendustes. PIC-plaadid on saadaval erinevate PIC-perekondadega, sõltuvalt vajalikust jõudlustasemest:

• PIC16 plaadid sobivad põhilisteks juhtimisülesanneteks ja madalate kuludega projektideks.

• PIC18 plaadid pakuvad paremat kiirust ja rohkem sisseehitatud lisaseadmeid laienemiseks.

• dsPIC33 plaadid toetavad täiustatud ajastuse ja mootori/juhtimise funktsioone, sealhulgas digitaalset signaalitöötlust.

• PIC32 plaadid pakuvad 32-bitist jõudlust, suuremat mälu ja tugevamat suhtlustoetust.

Põhilised riistvaraplokid PIC-plaadil

Võimsuse reguleerimine

PIC-plaat sisaldab toiteregulatsiooni, et hoida PIC mikrokontrolleri ja teiste plaadi osade pinge stabiilsena. See võtab voolu USB-st või välisest alalisvooluallikast ja muudab selle stabiilseks 3,3 V või 5 V toiteallikaks. See aitab plaadil sujuvalt töötada ja väldib ebastabiilsest voolust tingitud probleeme.

Kella allikas

Kella allikas juhib PIC mikrokontrolleri ajastust. Paljud PIC-plaadid kasutavad kristalli või resonanaatorit, et tagada süsteemi stabiilne taktsagedus. Mõned plaadid võimaldavad ka vahetada sisemise ja välise kella vahel hüppajate või seadistuste abil, sõltuvalt PIC-i ja plaadi disainist.

Reset (MCLR) ahel

Lähtestusahel aitab PIC mikrokontrolleril iga kord, kui toide sisse lülitub korralikult. Sageli sisaldab see tõmbetakisti ning võib sisaldada ka kondensaatorit ja lähtestusnuppu. See seadistus hoiab lähtestustihvti stabiilsena ja võimaldab vajadusel puhta käsiraamatu lähtestada.

ICSP programmeerimispäis

Enamik PIC-plaate sisaldab ICSP päist, mis tähendab In-Circuit Serial Programming. See päis annab peamised programmeerimis- ja silumissignaalid, mis on vajalikud koodi laadimiseks PIC mikrokontrollerisse. Tihvtid sisaldavad tavaliselt MCLR/VPP, PGC, PGD, toide ja maandust, mis ühenduvad tööriistadega nagu PICkit, MPLAB Snap või ICD4.

Põhiline plaadi sisend ja väljund

PIC-plaadil on sageli juba paigaldatud põhilised sisend- ja väljundosad, nagu LED-id ja nupud. Need sisseehitatud osad teevad lihtsamaks kontrollida, kas programm töötab ja kas PIC loeb sisendeid õigesti, ilma et peaks kohe lisaosi vajama.

Kaitsekomponendid

Mõned PIC-plaadid lisavad kaitseosad, et vältida kahjustusi levinud elektriprobleemide tõttu. Nendeks võivad olla dioodid, kaitsmed või ajutised kaitsekomponendid. Need aitavad kaitsta plaati selliste probleemide eest nagu vastupidine polaarsus, voolutõusud või staatiline tühjendamine elektriliinidel ja I/O pinnidel.

PIC plaadipered ja levinud platvormitüübid

Curiosity nano plaadid

Curiosity Nano plaadid on väikesed PIC-plaadid, mida toidab USB. Paljudel on sisseehitatud programmeerija ja silur, nii et saad koodi üles laadida ja PIC plaati testida ilma lisariistvarata. Neid on lihtne ühendada ka põhiliste vooluringidega.

Uudishimu ja Explorer-stiilis lauad

Need PIC-plaadid on suuremad ja toetavad rohkem kontakte ja funktsioone. Neil on lisapäised, hüppajad ja ühendused kiireks seadistamiseks. Paljud versioonid toetavad PIC16 ja PIC18 seadmeid.

Explorer 16/32 arenduskomplektid

Explorer 16/32 komplektid toetavad dsPIC ja PIC32 seadmeid. Nad kasutavad plug-in mooduleid, et põhiplaat saaks töötada erinevate kiipidega. See muudab platvormi paindlikuks testimiseks ja silumiseks.

Mootori juhtimise ja võimsuse juhtimiskomplektid

Need PIC-plaadid on loodud juhtimis- ja toiteülesannete jaoks. Need sisaldavad sageli väravadraivereid, vooluanduri osi ja tagasisidesisendeid. Paljud kasutavad dsPIC seadmeid stabiilseks ajastamiseks ja kiireks juhtimiseks.

Kolmanda osapoole PIC tahvlid

Kolmanda osapoole PIC tahvleid valmistavad teised brändid või kogukonnad. Nad võivad lisada täiendavaid riistvarafunktsioone, toetades samal ajal PIC programmeerimist MPLAB ja ICSP kaudu.

PIC plaadi toitevalikud ja pinge valik 

Enamik PIC-plaate saab töötada rohkem kui ühest toiteallikast. Üks levinud variant on USB-toide, kus emaplaat saab 5 V arvutist või USB-adapterist. PIC plaat kasutab seejärel pardal olevat regulaatorit, et toota õige pinge, mida PIC mikrokontroller ja teised plaadil olevad osad vajavad.

Paljud PIC-plaadid toetavad ka välist alalisvoolu läbi torupesa või klemmiploki. See on kasulik, kui plaat vajab tugevamat toiteallikat või kui süsteem pole arvutiga ühendatud. Mõnel plaadil on hüppajad või lülitid, mis võimaldavad valida USB toite ja välise toite vahel. Need juhtnupud võimaldavad valida ka 3,3 V või 5 V loogikat, sõltuvalt sellest, mida PIC mikrokontroller ja ühendatud osad nõuavad.

PIC plaadi sisend/väljund päised ja laiendusühendused

• GPIO läbimurdmispäised: Tavalised 0,1" tihvtide päised toovad esile PIC pordid nagu PORTA ja PORTB. See võimaldab ühendada hüppejuhtmeid, ühendada tihvtkaableid või lisaplaate ilma otse PIC-kiibi külge jootmata.

• Kommunikatsioonipäised: Paljud PIC plaadid sisaldavad spetsiaalseid kontakte või ühendusi tavapäraste sidesignaalide jaoks. Need võivad toetada UART, SPI, I²C, CAN või USB-d, nii et välised plaadid saavad ühendada stabiilse ja organiseeritud juhtmestikuga.

• Analoogsisendtihvtid: Analoog-toega tihvtid on märgistatud ADC kanalite nimedega ja vajadusel lisatakse viitepinnid. See aitab analoogsignaale õigesti ühendada ja vältida nende segamist ainult digitaalsete tihvtidega.

• PIM- või pistikupesa liidesed: Mõned kõrgema klassi PIC plaadid kasutavad pistikupesa või PIM-laadset pesa, kus pistikmoodul hoiab PIC-seadet. See võimaldab muuta PIC mudelit, säilitades samad põhiplaadi ja ühendused.

• Laienduspistikud: Lisade toetamiseks sisaldavad mõned PIC plaadid laienduspäiseid standardsetes paigutustes, näiteks Arduino-stiilis tihvtide. See aitab sul olemasolevaid lisaplaate taaskasutada ja ühendada lisafunktsioone tuttava päise formaadiga.

PIC plaadi programmeerimise töövoog MPLAB X-is

Paigalda MPLAB X IDE

MPLAB X IDE on Microchipi peamine tarkvara PIC plaatide koodi kirjutamiseks, ehitamiseks ja testimiseks. See toetab paljusid PIC-peresid ja hoiab kõik ühes projekti tööruumis.

Õige XC kompilaator paigalda

PIC-plaadid vajavad õiget XC kompilaatorit, mis põhineb PIC seadme tüübil. XC8 on mõeldud 8-bitiste PIC-ide jaoks, XC16 16-bitiste PIC-ide jaoks ja XC32 32-bitiste PIC-ide jaoks. Õige kompilaatori kasutamine aitab koodil õigesti üles ehitada.

Loo uus PIC juhatuse projekt

Loo uus projekt MPLAB X-is ja vali täpselt see PIC mikrokontroller, mida oma plaadil kasutatakse. Pärast seda vali programmeerija või silur, näiteks PICkit, Snap või pardal olev silur, kui see on saadaval.

Seadista PIC-seaded MCC-ga

MPLAB Code Configurator (MCC) aitab seadistada vajalikud funktsioonid ilma kõiki seadeid käsitsi sisestamata. See suudab seadistada kella, tihvtide funktsioone, taimereid, ADC-d ja mooduleid nagu UART ning genereerida automaatselt põhiseadistuse koodi.

Kirjuta ja ehita PIC püsivara C-s

Kirjuta oma programm C keeles ja ehita see faili, mida PIC tahvel saab käivitada. See samm hõlmab põhiprogrammi loogika lisamist ja soovitud funktsioonide kontrollimist.

Programmeerimine ja silumine ICSP kaudu

Enamik PIC plaate toetab programmeerimist ICSP kaudu. MPLAB X-is saad koodi flashida, käivitada, seada katkestuspunkte ja kontrollida muutujate väärtusi, kui programm töötab.

PIC tahvli pardal silumine ja ICSP tugi

Paljud PIC plaadid toetavad silumist ICSP kaudu, kasutades tööriistu nagu PICkit või ICD seadmed ning mõned plaadid sisaldavad pardal olevat silumisriistvara. Silumine võimaldab sügavamat testimist peale lihtsa programmeerimise. Riistvaralise silumisega saad:

• sea katkestuspunktid püsivara käivitamise pausile

• käivita kood samm-sammult

• jälgida muutujaid ja registreid reaalajas

• käitumise lähtestamine ja uuesti testimine katkestuste ja ajastuse sündmuste ajal

PIC laud vs Arduino, STM32 ja Raspberry Pi Pico võrdlus

PIC tahvli paigutus ja ehituse kvaliteedikontrollid 

• Stabiilne toiteplokk: Plaadil peaks olema puhas reguleerimine ja korralik filtreerimine, et vältida lähtestusi ja ADC müra.

• Hea lahtiühendamise paigutus: Õige kondensaatori paigutusega plaadid tagavad usaldusväärsema töö lülituskoormuste ajal.

• Kindel maandus: Hea maanduspaigutus aitab vähendada müra ADC lugemistes ja sidesignaalides.

• Ligipääsetavad ICSP ühendused: Kergesti ligipääsetavad ICSP tihvtid muudavad programmeerimise ja silumise kiiremaks ja ühtlasemaks.

• Läbipaistvad tihvtide märgistamine ja päised: Läbipaistvad sildid vähendavad juhtmestiku vigu ja kiirendavad prototüüpimist.

• Testimispunktid ja laiendustugi: Testimisjuurdepääsuga plaadid muudavad pinge, signaalide ja sideliinide kontrollimise lihtsamaks.

Kokkuvõte

PIC-plaadid ühendavad PIC mikrokontrolleri stabiilse toite, ajastuse, lähtestuse, ICSP programmeerimise ja sisseehitatud I/O ühendustega. Need toetavad erinevaid PIC-perekondi ja emaplaaditüüpe, pakuvad USB või väliseid toitevõimalusi ning pakuvad laienemist märgistatud päiste kaudu. MPLAB X, XC kompilaatorite, MCC ja ICSP silumise abil võimaldavad need stabiilset testimist ja tõrkeotsingut.

Korduma kippuvad küsimused [KKK]

Kas PIC-plaat suudab programmeerida tühja PIC-kiipi?

Jah, kui plaat toetab ICSP-d või sellel kiibil on pesa/moodul.

Kas ma saan ühendada 5V mooduleid 3.3V PIC plaadile?

Ainult siis, kui PIC I/O tihvtid taluvad 5V-d. Vastasel juhul kasuta taseme nihutamist.

Miks mu PIC-plaadi programm ei tööta isegi USB-ühendusega?

Levinumad põhjused on ainult toiteallikaga USB-kaabel, vale tööriistade valik, ebastabiilne pinge või blokeeritud ICSP kontaktid.

Kas PIC plaadid vajavad draivereid, et töötada MPLAB X-is?

Mõned teevad seda. Plaadid, millel on pardal silurid, võivad vajada draiverite tuvastamist.

Kuidas saada puhtamaid ADC näite PIC-kaardil?

Kasuta lühikest juhtmestikku, tugevat maandust ja vajadusel filtreerimist.

Mis teeb PIC-laua pikaajaliseks arenduseks heaks?

Hea dokumentatsioon, aktiivne MCU tugi, stabiilne toite disain ja usaldusväärne silumine.