Cơ bản về Lập trình Vi điều khiển PIC

Một điều tôi đã học được từ việc làm cha mẹ: việc dạy một đứa trẻ có thể cực kỳ khó khăn. Mặc dù chúng có thể rất quan tâm, và có thể có tất cả thời gian và nguồn lực trên thế giới, nhưng nếu đứa trẻ không sẵn sàng để học hoặc thiếu một khối xây dựng quan trọng nào đó, chúng có thể sẽ không hiểu được kỹ năng hoặc bài học.

May mắn thay, việc lập trình một đơn vị vi điều khiển PIC (MCU) dễ dàng hơn nhiều. Với các công cụ lập trình phù hợp, mạch điện, và firmware chức năng, một lập trình viên có thể khiến vi điều khiển PIC hoạt động chính xác như mong muốn. Tất nhiên, để tránh những phiền phức và sự thất vọng không cần thiết về sau, vẫn quan trọng là phải tuân thủ một số bước quan trọng.

Vi điều khiển PIC

Mặc dù sự xuất hiện của các bộ điều khiển nhúng đơn bảng như Arduino, Raspberry Pi, hay BeagleBone, vi điều khiển PIC vẫn giữ vững vị thế của mình trong giới kỹ sư điện tử. Được sản xuất bởi Microchip, vi điều khiển PIC được đặc trưng bởi sự dễ sử dụng, tính năng đa dạng và hiệu quả về chi phí. Lập trình vi điều khiển PIC bao gồm từ mô hình 8-bit MUC đơn giản đến các mô hình mạnh mẽ 32-bit.

Sự linh hoạt của vi điều khiển PIC đã làm cho nó trở nên phổ biến không chỉ trong giới kỹ sư mà còn với các nhà sáng tạo đồ chơi điện tử. Dải rộng các phụ kiện, bộ nhớ và sức mạnh xử lý cung cấp một sự phù hợp cho hầu như bất kỳ ứng dụng nào. Người lập trình có thể sẽ tìm thấy vi điều khiển PIC trong máy giặt hoặc hệ thống báo động của họ.

Công cụ Một Lập Trình Viên Cần Để Lập Trình Một Vi Điều Khiển

Lập trình một vi điều khiển PIC ngày nay dễ dàng hơn nhiều so với một thập kỷ trước. Trước đây, một số vi điều khiển PIC phạm vi thấp yêu cầu phần cứng lập trình PIC chuyên dụng để tiêm firmware vào. Nhưng nếu bạn bắt đầu với một vi điều khiển PIC ngày nay, việc tải firmware vào vi điều khiển thường là một quá trình đơn giản.

Đây là những công cụ mà một lập trình viên sẽ cần để lập trình một vi điều khiển PIC ngày nay:

1. MPLAB X IDE

MPLAB X IDE là một môi trường phát triển toàn diện từ Microchip. Bạn sẽ cần MPLAB X để viết firmware, biên dịch và xây dựng nó trước khi bạn có thể lập trình cho vi điều khiển PIC. Khác với các IDE đắt tiền mà bạn cần phải trả phí trong quá khứ, MPLAB X IDE hiện có sẵn để tải về miễn phí.

Bước đầu tiên là làm cho firmware của bạn đúng.

2. PICKIT 4

The PICKIT 4 là bộ gỡ lỗi trong mạch mới nhất từ Microchip PIC cho phép lập trình viên tải chương trình hiệu quả xuống vi điều khiển. Đây là phiên bản cải tiến của người tiền nhiệm PICKIT 3 với tính năng bổ sung là khe cắm thẻ SD, giúp lập trình dễ dàng hơn cho các firmware khác nhau khi di chuyển. Khi lập trình vi điều khiển PIC trong phòng thí nghiệm, bạn cần kết nối PICKIT 4 giữa cổng USB của máy tính và chân lập trình của vi điều khiển.

3. Mạch Lập Trình

Các chân lập trình cho vi điều khiển PIC được chỉ ra trong bảng dữ liệu. Vi điều khiển PIC hỗ trợ Lập trình Nối mạch Nối tiếp (ICSP) hoặc Gỡ lỗi Nối mạch (ICD), với phương án sau cho phép kỹ sư gỡ lỗi firmware trong thời gian thực. Quan trọng là phải bao gồm mạch cho giao diện lập trình (ICSP hoặc ICD) trong thiết kế để PICKIT 4 hoặc PICKIT 3 có thể kết nối.

Lập trình Vi Điều Khiển

Với tất cả các công cụ lập trình đã sẵn sàng (dù là ICSP hay ICD) và nguyên mẫu đã được lắp ráp, việc lập trình vi điều khiển gần như là trực quan. Các công cụ lập trình truyền thống yêu cầu lập trình viên phải khởi động phần cứng trước khi tải xuống firmware. Nhưng các lập trình viên PICKIT có thể được cấu hình để khởi động vi điều khiển miễn là không vượt quá giới hạn dòng điện tối đa của nó.

Có hai cách để đưa firmware vào vi điều khiển PIC. Trong MPLAB X IDE, lập trình viên sẽ tìm thấy các tùy chọn để ‘Chạy Dự án’ hoặc ‘Gỡ lỗi Dự án’ và nhấp vào ‘Chạy Dự án’ sẽ biên dịch và xây dựng firmware của bạn ở chế độ sản xuất trong khi tùy chọn sau tạo ra một phiên bản debug của dấu vết firmware. Bạn sẽ muốn dành thời gian để đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng được lập trình với phiên bản sản xuất của firmware.

Nếu thực hiện đúng cách, vi điều khiển của bạn sẽ bắt đầu hoạt động sau khi chương trình được tải lên.

Mẹo Thiết Kế Mạch Lập Trình trên PCB

Sự sắp xếp các chân lập trình trên PICKIT 3 và PICKIT 4 tương tự nhau mặc dù PICKIT 4 có thêm hai kết nối chân dự phòng. Firmware được truyền qua tín hiệu PGD và PGC với một chân /MCLR để đưa vi điều khiển vào chế độ lập trình.

Người lập trình sẽ muốn định tuyến cả PGD và PGC song song và giữ cùng một chiều dài để đảm bảo tối thiểu hóa sự suy hao tín hiệu. Ngoài ra, việc ghi nhãn đúng cách về hướng của các chân lập trình trên PCB là cần thiết, vì rất dễ dàng cắm ngược PICKIT, gây nguy hiểm hỏng cả PCB và PICKIT.

Sử dụng phần mềm thiết kế PCB tuyệt vời như Altium Designer^® giúp bạn rất nhiều trong việc thiết kế mạch lập trình không gây nhiễu cho vi điều khiển PIC.

Cần thêm lời khuyên về lập trình vi điều khiển PIC? Nói chuyện với chuyên gia tại Altium Designer.