1. Mikroprocesorowy układ edukacyjny Microkon 4

Testy i ćwiczenia, omówione w niniejszej książce były przeprowadzone na zestawie prototypowym, który nazwaliśmy Microkon4. Główną jego część stanowi mikrokontroler firmy Microchip: PIC 16F628.

Rys.77. Schemat blokowy edukacyjnego układu mikroprocesorowego Microkon 4

2. Programowanie w układzie (ICSP)

Szeregowy interfejs RS232 umożliwia programowanie mC w układzie, określane jako ICSP. Jest to bardzo wygodne, gdyż układ nie musi być wyjmowany za każdym razem z podstawki. W opisanych poniżej przykładach zastosowany był programator do kontrolerow PIC. Był on szczegółowo opisany przez: Adama Jurkiewicza i Stanisława Pietraszka w Elektronika Praktyczna. Aktualnie Firma Microchip dostarcza znaczne advanced programator debuger ICD-2. Na rys. 94 został przedstawiony jego schemat zaczerpnięty z Elektroniki Praktycznej .

Rys.94. Schemat ideowy programatora do kontrolerów PIC

Programator jest stosunkowo prosty i nie można przy jego pomocy przeprowadzić debugowania w czassie rzeczywistym wypalonego na firmware programu. Bardziej rozbudowane programy wymagają debugowani w oparciu o programator debuger firmy Microchip. Programator ICD2 współpracuje z e środowiskiem zintegrowanym MPLAB
i jest dostępny poprzez stronę internetową www.microchip.com Oczywiście dla prostrzych programów w zupełności wystarczy nam przedstwiony tu programator. Sercem tego programatora jest także PIC16F628, a do komunikacji z portem RS232 komputera PC zastosowany został translator poziomów MAX 232. Całość zasilana jest napięciem 12 V. Na wyposażeniu jest kabel z końcówką RS 232 do połączenia z portem szeregowym PC. Na płytce znajdują się jumpery JP1 i JP2. Jumper JP1 postawiony na ON ustawia tryb LVP (Low Voltage Programming).

3. Ustawienia płytki testowej Mikrokon4 do programowania

Płytka testowa Mikrokon4 została szczegółowo omówiona w poprzednim rozdziale (Rozdział 13). Poniżej przedstawiamy jedynie schemat blokowy płytki.

Rys.95 Schemat blokowy płytki testowej Mikrokon 4

Podstawową jej częścią jest układ mikrokontrolera z zegarem sterowanym kwarcem 20 MHz. Port A i port B uzyskują stany H i L poprzez układy scalone ULN2803
(8- Channel CMOS/TTL Input Driver). Switche SW₃ i SW₄ oraz oporniki podciągające (w układzie drabinkowym) DRN₁ i DRN₃ mają za zadanie ustawienie portów w stan H i L. Stan H uzyskuje się przy wyłączeniu switchów. Stany na portach są sygnalizowane przez diody LED D₁₁-D₂₂ (port A) i D₁₅-D₂₆ (port B).

Układ RTC U₄ PCF8583 może być dołączony do mikrokontrolera za pomocą przewodów (wąsów) na czas wykonywania testu. Ma on wyprowadzenia K₁, K₂, K₃ i K₄ (patrz schemat ideowy rozdz. 13). To samo dotyczy układu RS232 zbudowanego w oparciu o układ U₆ MAX232, dołączanego wąsami z wyprowadzeń: K₁₂, K₁₃, K₁₄, K₁₅, znajdujących się na polu montażowym. Zarówno układy U₁PCF8574, jak i pamięć EEPROM 24C02 dołączane są wąsami do portów kontrolera z pola montażowego. Na opisywanej płytce testowej wykonano także szereg eksperymentów w oparciu o pastylki
1-Wire firmy Maxim/Dallas. Testy z sensorami sterowanymi przez mikrokontroler będą jednak przedmiotem innego opracowania.

Za pomocą złącza JP₂ do płytki testowej dołączony jest programator. W trakcie programowania wykorzystywany jest protokół ICSP (In Circuit Serial Programming).

Wszystkie wyprowadzenia spełniają ogólne wymagania – doprowadzenia do mikrokontrolera następujących sygnałów:

Tab. 9 Opis wyprowadzeń dla ICSP

Pin	Sygnał	Port
1	VPP	MCLR
2	VDD	VDD
3	GND	VSS
4	DATA	RB7
5	CLOCK	RB6
6	PGM (LVP)	RB3/4/5

Należy pamiętać, że napięcie programujące przy trybie HVP, podawane na pin 4
PIC-a wynosi 13 V. Takie napięcie z pewnością doprowadziłoby do uszkodzenia pozostałych układów na płytce testowej, dlatego też na moment programowania 4 linie PIC’a są odłączane od układu za pomocą przekaźników REL₁ i REL₂. Przełączenia w stan programowania dokonuje się za pomocą klucza Z₁.

Podczas programowania płytka testowa Mikrokon jest zasilana z własnego zasilacza, a programator także ze swojego. Krytyczne oczywiście jest w tym momencie dokładne ustawienie zasilania na mikrokonie na 5 V, za co odpowiedzialny jest switching power supply L4960. Poniżej został przedstawiony typowy układ ICSP dla HVP.

Rys.96. Schemat typowego połączenia ICSP dla trybu HVP

Bit LVP znajduje się w rejestrze konfiguracyjnym mikrokontrolera. Ustawienie bitu LVP na wartość 1 umożliwia programowanie PIC-a przy U = 5V dołączonym do MCLR/V_pp jako V_IH = 5 V. Natomiast przy High Voltage Programing (HVP) do MCLR/V_pp podawane jest napięcie U = 13 V jako V_IHH.

Podczas programowania mikrokontrolera PIC LVP w ICSP są dwa podstawowe tryby:

entering LVP mode
exiting HVP mode.

W przypadku entering mode programowanie/weryfikacja następuje, gdy PGC i PGD przechodzą na poziom L przy równoczesnym poziomie H na PGM i subsekwentnym dźwignięciu napięcia na MCLR/V_ppdo V_IH = 5 V.

Oczywiście napięcie zasilania PIC V_dd= 5 V jest podczas programowania dołączone. W trybie LVP RB5/PGM (pin 10) jest dedykowany dla procesu programowania i nie może spełnić swojej roli jako rejestr I/O.

4. Praca z programatorem PICSTART Plus

Do sterowania procesem programowania z poziomu komputera PC wykorzystywane jest środowisko uruchomieniowe MPLAB IDE, omówione w poprzednich rozdziałach. Programowanie mikrokontrolera wymaga:

- przyłączenia układu do PC

- uruchomienia na PC zainstalowanego uprzednio środowiska MPLAB IDE.

- Zainstalowania programatora JuPIC emulującego programator PICSTART Plus

- Uruchomiemia Srodowiska MPLAB IDE oraz z poziomu tego środowiska programu PICSTART Plus.

- Skonfigurowania programatora

Czynności te opiszemy w formie kroków:

W MPLAB IDE wybieramy Configure-> Select Device. Wówczas w oknie dialogowym pojawia się wsparcie dla każdego mikrokontrolera: zielony wskaźnik oznacza wsparcie mikrokontrolera przez dane narzędzie. Żółty wskaźnik oznacza ograniczone wsparcie, zaś czerwony wskaźnik oznacza brak wsparcia. Mikrokontroler PIC16F628 posiada wsparcie programatora PICSTART Plus.
Wybieramy w MPLAB IDE:
Programmer -> Select Programmer -> PICSTART Plus
W linii statusu pojawia się napis PICSTART Plus. Gdy wybrany jest PICSTART Plus jako programator, wówczas powinien być wybrany Debugger: None.
Konfiguracja portu szeregowego: Należy wybrać:
Programmer -> Settings
W zakładce Communications spośród 4 portów COM trzeba zaznaczyć właściwy port. Można wybrać domniemany port COM1. MPLAB zapamiętuje numer portu do następnej sesji.
Należy ponownie wybrać mikrokontroler, który ma być programowany:
Configure -> Select Device
Po sprawdzeniu właściwej komunikacji PC z programatorem należy wybrać:

Programmer -> Enable Programmer.

Czasem może zajść potrzeba uaktualnienia oprogramowania OS programatora PICSTART Plus. Jeżeli firmware programatora nie obsługuje danego mikrokontrolera, wówczas pojawia się np. taki komunikat:

This device requires firmware version 4.30.0 or higher

(patrz rozdział. “Upgrading the PICSTART PlusFirmware OS" w dokumentacji programatora PICSTART Plus).

Jeżeli nie można ustanowić komunikacji z powodu problemów z połączeniem szeregowym, wówczas pojawia się komunikat podobny do poniższego:

"Cannot transmit. Please, verify connection and retry the previous operation."

Problem z komunikacją może też się pojawić, jeżeli urządzenie jest źle umieszczone w gnieździe ZIFF.

Jeżeli nie można ustanowić komunikacji trzeba sprawdzić poprawność zainstalowania hardware i software, a także poszukać informacji w załączniku B "Troubleshooting" w dokumentacji programatora PICSTART Plus.

Jeżeli mamy skonfigurowany i działający programator, możemy przystąpić do procesu „wypalenia” na mikrokontrolerze przygotowanego uprzednio programu.

Po uruchomieniu programatora pojawia się dodatkowy pasek z narzędziami, jak pokazano na rysunku.

Rys.97. Narzędzia programatora

Narzędzia te, to kolejno:

Sprawdzenie, czy mikrokontroler jest niezapisany, tzn. czy wszystkie bity mają wartość 1. Narzędzie to sprawdza też bity konfiguracyjne, czy mają wartość 1 (układ w stanie niezaprogramowanym).
To samo, co wybranie: Programmer -> Blank Check All
Przed przeprowadzeniem Blank Check należy upewnić się, że, mikrokontroler jest włożony do gniazda ZIFF programatora zachowując układ: pin 1 do pinu 1, a także czy srebrna dźwignia gniazda jest spuszczona, zabezpieczając urządzenie.

Czyta zawartość pamięci mikrokontrolera. To samo, co:
Programmer -> Read

Programuje (wypala kod programu w pamięci Flash).
To samo, jak:
Programmer -> Program
Weryfikuje, czy urządzenie zostało właściwie zaprogramowane, podobnie, jak:
Programmer -> Verify
Wymazuje całą pamięć Flash urządzenia, podobnie, jak polecenie:
Programmer -> Erase Flash Device

Ostatnie z narzędzi na pasku pokazuje statystykę: ile było udanych prób programowania, ile nieudanych i ile wszystkich.

Statystykę tę można wyczyścić, wybierając: Programmer -> Reset Program Statistics.

Jeżeli używamy urządzenie tylko raz programowalne (OTP one-time-programmable), niektóre bity konfiguracyjne mogą być już ustawione fabrycznie (np. bit oscylatora).
Należy wówczas wybrać: Configure -> Configuration Bits,
aby ustawić bity konfiguracyjne według ustawień fabrycznych, a następnie wybrać:

Programmer -> Blank Check OTP.
W ten sposób sprawdzimy, czy wszystkie bity pamięci mają wartość 1, i czy bity konfiguracyjne zgadzają się z podanymi w oknie dialogowym.

Urządzenia FLASH są automatycznie wymazywane przed programowaniem. Urządzenia OPT mogą być wymazywane, natomiast urządzenia EPROM nie mogą być wymazywane, chyba, że jest to pakiet typu JW (windowed), albo CERQUAD (CL) i nie ma zabezpieczenia code-protected .

Ostatnia czynność, to samo programowanie. Wybieramy z menu:
Programmer -> Program

Jeżeli chcemy programować tylko część pamięci programu, wówczas wybieramy: Programmer -> Settings i klikamy zakładkę "Memory Ranges", aby określić zakres pamięci, który chcemy zapisać w pamięci Flash.