Microchip PIC18F2XXX/4XXX 系列閃存微控制器編程指南

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，微控制器的編程是一項(xiàng)關(guān)鍵工作。今天，我們就來(lái)深入探討一下 Microchip 的 PIC18F2XXX/4XXX 系列閃存微控制器的編程規(guī)范。

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一、器件概述

該文檔涵蓋了眾多型號(hào)的編程規(guī)范，包括 PIC18F2221、PIC18F2321 等一系列 2XXX 和 4XXX 家族的器件。這些器件具有不同的封裝類(lèi)型，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了多樣化的選擇。

二、編程概述

（一）編程方法

PIC18F2XXX/4XXX 系列器件可以使用高壓在線串行編程（High - Voltage In - Circuit Serial Programming?，ICSP?）方法或低壓 ICSP 方法進(jìn)行編程。這兩種方法都可以在用戶(hù)系統(tǒng)中對(duì)器件進(jìn)行操作，但低壓 ICSP 方法與高壓方法略有不同。

（二）硬件要求

1. 高壓 ICSP 模式：在此模式下，器件需要兩個(gè)可編程電源，分別為 VDD 和 MCLR/VPP/RE3 供電，且兩個(gè)電源的最小分辨率應(yīng)為 0.25V。
2. 低壓 ICSP 模式：在該模式下，器件可以使用處于工作范圍內(nèi)的 VDD 源進(jìn)行編程，MCLR/VPP/RE3 可以保持在正常工作電壓。

（三）引腳圖

不同封裝類(lèi)型的器件有不同的引腳圖，如 28 引腳的 SPDIP、PDIP、SOIC、SSOP、QFN 封裝，以及 40 引腳的 PDIP 封裝和 44 引腳的 TQFP、QFN 封裝等。了解這些引腳圖對(duì)于正確連接和編程器件至關(guān)重要。

（四）內(nèi)存映射

不同型號(hào)的器件代碼內(nèi)存空間大小和分布不同。例如，PIC18FX6X0 器件的代碼內(nèi)存空間從 0000h 到 0FFFFh（64 Kbytes），分為四個(gè) 16 - Kbyte 塊；PIC18FX5X5 器件的代碼內(nèi)存空間從 0000h 到 0BFFFFh（48 Kbytes），分為三個(gè) 16 - Kbyte 塊。同時(shí)，部分器件的 Boot Block 大小可以通過(guò)配置寄存器中的 BBSIZ 位進(jìn)行調(diào)整。

（五）編程流程概述

編程過(guò)程包括批量擦除（Bulk Erase）、對(duì)代碼內(nèi)存、ID 位置和數(shù)據(jù) EEPROM（部分器件）進(jìn)行編程，然后進(jìn)行驗(yàn)證，最后對(duì)配置位進(jìn)行編程和驗(yàn)證。

（六）進(jìn)出編程驗(yàn)證模式

1. 高壓 ICSP 模式：進(jìn)入該模式時(shí)，需將 PGC 和 PGD 保持低電平，然后將 MCLR/VPP/RE3 升高到 VIHH（高電壓）。退出時(shí)則按相應(yīng)的退出序列操作。
2. 低壓 ICSP 模式：當(dāng) LVP 配置位為‘1’時(shí)，可通過(guò)將 PGC 和 PGD 保持低電平，PGM 置為高電平，然后將 MCLR/VPP/RE3 升高到 VIH 進(jìn)入該模式。

（七）串行編程驗(yàn)證操作

1. 4 位命令：所有指令為 20 位，由 4 位命令和 16 位操作數(shù)組成。不同的 4 位命令用于不同的操作，如核心指令、表讀取、表寫(xiě)入等。
2. 核心指令：用于向 CPU 核心傳遞 16 位指令以執(zhí)行，為其他命令的使用設(shè)置合適的寄存器。

（八）專(zhuān)用 ICSP/ICD 端口（僅 44 引腳 TQFP）

PIC18F4455/4458/4550/4553 等 44 引腳 TQFP 器件支持專(zhuān)用 ICSP/ICD 端口，可提供另一種在線調(diào)試和 ICSP 選項(xiàng)。但 ICPRT 配置位只能通過(guò)默認(rèn) ICSP 端口進(jìn)行編程，且不同封裝類(lèi)型的器件對(duì)該位的設(shè)置有不同要求。

三、器件編程

（一）ICSP 擦除

1. 高壓 ICSP 批量擦除：通過(guò)配置位于 3C0004h 和 3C0005h 的兩個(gè)批量擦除控制寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)代碼或數(shù)據(jù) EEPROM 的擦除。擦除操作會(huì)清除相關(guān)內(nèi)存塊的代碼保護(hù)設(shè)置。
2. 低壓 ICSP 批量擦除：執(zhí)行批量擦除時(shí)，器件需由參數(shù) D111 指定的電壓供電。若電源電壓低于批量擦除限制，可參考行擦除或修改代碼內(nèi)存的方法。
3. ICSP 行擦除：無(wú)論使用高壓還是低壓 ICSP，只要塊未被代碼或?qū)懕Ｗo(hù)，就可以擦除一行（64 字節(jié)數(shù)據(jù)）。行擦除的持續(xù)時(shí)間由 PGC 外部定時(shí)控制。

（二）代碼內(nèi)存編程

編程代碼內(nèi)存時(shí)，先將數(shù)據(jù)加載到寫(xiě)緩沖區(qū)，然后啟動(dòng)編程序列。不同型號(hào)器件的寫(xiě)緩沖區(qū)和擦除緩沖區(qū)大小不同，編程持續(xù)時(shí)間也由 PGC 外部定時(shí)控制。

（三）數(shù)據(jù) EEPROM 編程

數(shù)據(jù) EEPROM 通過(guò)地址指針（EEADRH:EEADR）和數(shù)據(jù)鎖存器（EEDATA）逐字節(jié)訪問(wèn)。編程時(shí)需正確配置 EECON1 寄存器，寫(xiě)入時(shí)會(huì)自動(dòng)擦除原位置并寫(xiě)入新數(shù)據(jù)。

（四）ID 位置編程

ID 位置的編程與代碼內(nèi)存類(lèi)似，用戶(hù)只需填充寫(xiě)緩沖區(qū)的前 8 個(gè)字節(jié)即可寫(xiě)入 ID 位置。若要修改 ID 位置，需先進(jìn)行擦除操作。

（五）Boot 塊編程

使用與代碼內(nèi)存編程類(lèi)似的代碼序列，但地址范圍在 000000h 到 0007FFh 之間。

（六）配置位編程

配置位逐字節(jié)編程，使用“Table Write, Begin Programming”4 位命令（‘1111’），但每次只寫(xiě)入 16 位有效負(fù)載中的 8 位。

四、讀取器件

（一）讀取代碼內(nèi)存、ID 位置和配置位

通過(guò) 4 位命令‘1001’（表讀取，后遞增）逐字節(jié)訪問(wèn)代碼內(nèi)存，讀取的內(nèi)容通過(guò) PGD 串行輸出。該方法也適用于讀取 ID 和配置寄存器。

（二）驗(yàn)證代碼內(nèi)存和 ID 位置

驗(yàn)證時(shí)，將代碼內(nèi)存空間的內(nèi)容讀回并與編程器緩沖區(qū)中的副本進(jìn)行比較。對(duì)于 ID 位置，需手動(dòng)將表指針設(shè)置為 200000h。

（三）驗(yàn)證配置位

通過(guò) 4 位命令‘1001’讀取配置地址并輸出到 PGD，然后與編程器內(nèi)存中的相應(yīng)配置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

（四）讀取數(shù)據(jù) EEPROM 內(nèi)存

通過(guò)地址指針和數(shù)據(jù)鎖存器逐字節(jié)訪問(wèn)數(shù)據(jù) EEPROM，讀取的數(shù)據(jù)通過(guò) 4 位命令‘0010’輸出到 PGD。

（五）驗(yàn)證數(shù)據(jù) EEPROM

讀取數(shù)據(jù) EEPROM 地址并輸出到 PGD，然后與編程器內(nèi)存中的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

（六）空白檢查

空白檢查是驗(yàn)證器件是否沒(méi)有已編程的內(nèi)存單元，需對(duì)代碼內(nèi)存、數(shù)據(jù) EEPROM、ID 位置和配置位進(jìn)行驗(yàn)證，但忽略設(shè)備 ID 寄存器。

五、配置字

（一）配置字概述

PIC18F2XXX/4XXX 系列器件有多個(gè)配置字，可通過(guò)設(shè)置或清除這些位來(lái)選擇不同的器件配置。所有其他內(nèi)存區(qū)域應(yīng)在設(shè)置配置字之前進(jìn)行編程和驗(yàn)證。

（二）ID 位置

用戶(hù)可以在 200000h:200007h 的 8 個(gè) ID 位置存儲(chǔ)識(shí)別信息，建議每個(gè) ID 的最高半字節(jié)為 Fh。

（三）設(shè)備 ID 字

設(shè)備 ID 字位于 3FFFFEh:3FFFFFh，可用于識(shí)別正在編程的設(shè)備類(lèi)型，即使在代碼或讀保護(hù)后也能正常讀取。

（四）單電源 ICSP 編程

配置寄存器 CONFIG4L 中的 LVP 位啟用單電源（低壓）ICSP 編程。該位默認(rèn)從工廠設(shè)置為‘1’（啟用），若將其編程為‘0’，則只能使用高壓 ICSP 模式。

（五）在 HEX 文件中嵌入配置字和數(shù)據(jù) EEPROM 信息

為了實(shí)現(xiàn)代碼的可移植性，編程器需要從 hex 文件中讀取配置字和數(shù)據(jù) EEPROM 信息。在保存 hex 文件時(shí)，應(yīng)包含這些信息，也可提供不包含這些信息的選項(xiàng)。

（六）校驗(yàn)和計(jì)算

校驗(yàn)和通過(guò)對(duì)所有代碼內(nèi)存位置的內(nèi)容、配置字（適當(dāng)屏蔽）和 ID 位置（如果任何塊被代碼保護(hù)）進(jìn)行求和得到，取該和的最低 16 位作為校驗(yàn)和。

六、AC/DC 特性和時(shí)序要求

文檔給出了編程/驗(yàn)證測(cè)試模式下的標(biāo)準(zhǔn)操作條件，包括各種電壓、電流、時(shí)間參數(shù)的要求，如高電壓編程電壓、低電壓編程電壓、編程電流、輸入輸出電壓等，這些參數(shù)對(duì)于正確編程和驗(yàn)證器件至關(guān)重要。

在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的器件型號(hào)和應(yīng)用場(chǎng)景，仔細(xì)選擇合適的編程方法和參數(shù)，嚴(yán)格按照編程規(guī)范進(jìn)行操作，以確保器件的正常工作。同時(shí)，對(duì)于代碼保護(hù)等功能，要充分了解其原理和限制，以保護(hù)我們的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。大家在編程過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎留言討論。