I fondamenti della programmazione di un microcontrollore PIC

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Una cosa che ho imparato dall'essere genitore: può essere incredibilmente difficile insegnare qualcosa a un bambino. Anche se potrebbero essere molto interessati, e potrebbero avere tutto il tempo e le risorse del mondo, se il bambino non è pronto per imparare o gli manca qualche tassello fondamentale, potrebbe semplicemente non acquisire l'abilità o la lezione.

Fortunatamente, programmare un'unità microcontrollore PIC (MCU) è considerevolmente più facile. Con gli strumenti di programmazione giusti, un circuito adeguato e un firmware funzionale, un programmatore può far comportare un microcontrollore PIC esattamente come desiderato. Naturalmente, per evitare inutili problemi e frustrazioni in seguito, è ancora importante attenersi a alcuni passaggi cruciali.

Il Microcontrollore PIC

Nonostante l'emergere di controller embedded su singola scheda come Arduino, Raspberry Pi o BeagleBone, il microcontrollore PIC rimane ancora rilevante tra gli ingegneri elettronici. Prodotto da Microchip, i microcontrollori PIC si caratterizzano per la loro facilità d'uso, caratteristiche versatili ed economicità. La programmazione dei microcontrollori PIC varia da semplici modelli 8-bit MUC a potenti modelli 32-bit.

La versatilità dei microcontrollori PIC li ha resi popolari non solo tra gli ingegneri ma anche tra gli hobbisti. L'ampia gamma di periferiche, memoria e potenza di elaborazione offre una soluzione adatta per quasi ogni applicazione. È probabile che il programmatore trovi un microcontrollore PIC nella propria lavatrice o nel sistema di allarme.

Strumenti necessari a un programmatore per programmare un microcontrollore

Programmare un microcontrollore PIC oggi è significativamente più semplice rispetto a un decennio fa. All'epoca, alcuni dei microcontrollori PIC di fascia più bassa richiedevano un hardware programmatore PIC dedicato per inserire il firmware. Ma se inizi con un microcontrollore PIC oggi, scaricare un firmware nel microcontrollore è di solito un processo semplice.

Questi sono gli strumenti di cui un programmatore avrebbe bisogno per programmare un micro PIC oggi:

1. MPLAB X IDE

L'MPLAB X IDE è un ambiente di sviluppo completo di Microchip. Avrai bisogno dell'MPLAB X per scrivere il tuo firmware, compilarlo e costruirlo prima di poter programmare il microcontrollore PIC. A differenza degli IDE costosi per cui era necessario pagare in passato, l'MPLAB X IDE è gratuito per il download.

Il primo passo è ottenere il firmware corretto.

2. PICKIT 4

Il PICKIT 4 è l'ultimo debugger in-circuito di Microchip PIC che permette al programmatore di scaricare efficientemente il programma sul microcontrollore. È una versione migliorata del suo predecessore PICKIT 3 con l'aggiunta di uno slot per schede SD, che facilita la programmazione on-the-go per vari firmware. Quando si programma il microcontrollore PIC in laboratorio, sarà necessario collegare il PICKIT 4 tra la porta USB del computer e il pin di programmazione del microcontrollore.

3. Circuito di Programmazione

I pin di programmazione per i microcontrollori PIC sono indicati nel datasheet. I microcontrollori PIC supportano o la programmazione seriale in circuito (ICSP) o il debugging in circuito (ICD), con quest'ultimo che permette agli ingegneri di eseguire il debug del firmware in tempo reale. È importante includere nel progetto il circuito per l'interfaccia di programmazione (ICSP o ICD) per consentire la connessione con PICKIT 4 o PICKIT 3.

Programmazione del Microcontrollore

Con tutti gli strumenti di programmazione pronti (indipendentemente da ICSP o ICD) e il prototipo assemblato, programmare il microcontrollore è quasi intuitivo. Gli strumenti di programmazione tradizionali richiedono che il programmatore alimenti l'hardware prima di qualsiasi download del firmware. Ma i programmatori PICKIT possono essere configurati per alimentare il microcontrollore purché non superi il suo limite massimo di corrente.

Ci sono due modi per caricare il firmware nel microcontrollore PIC. Nell'IDE MPLAB X, il programmatore troverà le opzioni per 'Eseguire il Progetto' o 'Eseguire il Debug del Progetto' e cliccando su 'Eseguire il Progetto' compila e costruisce il tuo firmware in modalità produzione mentre quest'ultimo crea una versione di debug dell'impronta del firmware. È importante prendersi il tempo per assicurarsi che il prodotto finale sia programmato con la versione di produzione del firmware.

Se eseguito correttamente, il tuo microcontrollore inizierà a funzionare dopo che il programma è stato caricato.

Consigli per Progettare il Circuito di Programmazione su una PCB

La disposizione dei pin di programmazione su PICKIT 3 e PICKIT 4 è simile, anche se PICKIT 4 ha due connessioni pin riservate aggiuntive. Il firmware viene trasferito attraverso il segnale PGD e PGC con un pin /MCLR per guidare il microcontrollore in modalità di programmazione.

Il programmatore vorrà instradare sia il PGD che il PGC in parallelo e mantenere la stessa lunghezza per garantire una minima corruzione del segnale. Oltre a ciò, è necessaria un'etichettatura adeguata sull'orientamento dei pin di programmazione sul PCB, poiché è facile collegare erroneamente il PICKIT al contrario, rischiando di danneggiare sia il PCB che il PICKIT.

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