PIC18FXX20系列閃存微控制器編程全解析

在電子設計領域，微控制器的編程是一項基礎且關鍵的工作。今天我們聚焦Microchip的PIC18FXX20系列閃存微控制器，深入探討其編程規(guī)范和相關技術要點。

文件下載：PIC18F8620T-E/PT.pdf

一、器件概述

PIC18FXX20涵蓋了多個具體型號，像PIC18F6520、PIC18F6620、PIC18F6720、PIC18F8520、PIC18F8620以及PIC18F8720等。這些型號在不同應用場景中都有廣泛的用途，了解它們的編程規(guī)范對于工程師來說至關重要。

二、編程概述

（一）編程方法

該系列器件支持兩種編程方式：高壓在線串行編程（High Voltage In-Circuit Serial Programming，簡稱HV-ICSP）和低壓在線串行編程（Low Voltage In-Circuit Serial Programming，簡稱LV-ICSP）。這兩種方式都能在用戶系統(tǒng)中對器件進行編程。其中，LV-ICSP方式與HV-ICSP方式略有不同，在實際應用中需根據具體情況進行選擇。

（二）硬件要求

1. 高壓ICSP模式：在這種模式下，PIC18FXX20需要兩個可編程電源，分別為VDD和MCLR/VPP供電，且這兩個電源的最小分辨率要達到0.25V。
2. 低壓ICSP模式：在此模式下，使用處于工作范圍內的VDD電源就能完成編程，意味著MCLR/VPP可保持在正常工作電壓。

（三）引腳圖和引腳描述

（四）內存映射

1. 代碼內存：代碼內存空間從0000h延伸到1FFFFh（共128KB），被劃分為八個16KB的塊。其中，地址0000h到01FFh定義為“Boot Block”區(qū)域，它與Block 1的處理方式不同。不同型號的器件代碼內存大小有所差異：
   • PIC18F6520和PIC18F8520：000000h - 007FFFh（32K）
   • PIC18F6620和PIC18F8620：000000h - 00FFFFh（64K）
   • PIC18F6720和PIC18F8720：000000h - 01FFFFh（128K）
2. 配置和ID空間：除了代碼內存空間，配置和ID空間中有三個塊可通過表讀取和表寫入的方式供用戶訪問。用戶可以在八個ID寄存器中存儲識別信息，這些ID寄存器映射在地址200000h到200007h。地址300000h到30000Dh用于配置位，3FFFFEh和3FFFFFh用于設備ID位。

（五）內存地址指針

地址空間從0000000h到3FFFFFh的內存通過表指針（Table Pointer）進行尋址，表指針由三個指針寄存器組成：

• TBLPTRU（位于RAM地址0FF8h）
• TBLPTRH（位于RAM地址0FF7h）
• TBLPTRL（位于RAM地址0FF6h）

在進行許多讀寫操作之前，會使用4位命令‘0000’（核心指令）來加載表指針。

（六）編程過程概述

編程過程大致如下：首先進行批量擦除，接著對代碼內存、ID位置和數據EEPROM進行編程，然后對這些內存進行驗證，確保編程成功。若未檢測到錯誤，再對配置位進行編程和驗證。

（七）進入編程/驗證模式

1. 高壓ICSP模式：將SCLK和SDATA拉低，然后將MCLR/VPP升高到VIHH（高壓），即可進入該模式。在此模式下，可對代碼內存、數據EEPROM、ID位置和配置位進行串行訪問和編程。
2. 低壓ICSP模式：當LVP配置位為‘1’時，該模式被啟用。將SCLK和SDATA拉低，PGM置為邏輯高電平，然后將MCLR/VPP升高到VIH，即可進入該模式。此時，RB5/PGM引腳專門用于編程功能，不再作為通用I/O引腳。

（八）串行編程/驗證操作

三、器件編程

（一）批量擦除

1. 高壓ICSP批量擦除：通過向地址3C0004h寫入“擦除選項”來實現代碼或數據EEPROM的擦除。代碼內存可以部分擦除，也可以一次性擦除整個器件。批量擦除操作還會清除與被擦除內存塊相關的任何代碼保護設置。以下是一些擦除選項：	描述	數據
   芯片擦除	80h
   擦除數據EEPROM	81h
   擦除Boot Block	83h
   擦除Block 1	88h
   擦除Block 2	89h
   擦除Block 3	8Ah
   擦除Block 4	8Bh
   擦除Block 5	8Ch
   擦除Block 6	8Dh
   擦除Block 7	8Eh
   擦除Block 8	8Fh

2. 低壓ICSP批量擦除：若要執(zhí)行批量擦除，器件需由參數#D111指定的電壓供電，其他批量擦除細節(jié)與高壓ICSP模式相同。
3. 多面板單行擦除：無論使用高壓還是低壓ICSP，都能同時擦除所有面板中的單行（64字節(jié)數據）。該功能通過對位于3C0006h的編程控制寄存器進行適當配置來啟用。

（二）代碼內存編程

編程代碼內存時，需先將數據加載到相應的寫緩沖區(qū)，然后啟動編程序列。代碼內存空間中的每個面板都有一個8字節(jié)深的寫緩沖區(qū)，在啟動寫序列之前必須先將其加載。通常采用多面板寫入模式，即所有程序緩沖區(qū)并行寫入。編程持續(xù)時間由SCLK外部定時控制，在發(fā)出“開始編程”命令（4位命令‘1111’）后，發(fā)出NOP命令，將第4個SCLK保持高電平一段時間P9，之后將SCLK拉低，編程序列終止。

（三）數據EEPROM編程

數據EEPROM通過地址指針（寄存器對EEADR:EEADRH）和數據鎖存器（EEDATA）逐字節(jié)訪問。寫入時，先將所需內存位置加載到EEADR:EEADRH，將數據加載到EEDATA，然后通過對EECON1和EECON2寄存器進行適當配置來啟動內存寫入。寫入時會自動擦除該位置并寫入新數據。

（四）ID位置編程

ID位置的編程方式與代碼內存類似，但需禁用多面板寫入功能。要寫入的單個面板將根據表指針的值自動啟用。ID寄存器映射在地址200000h到200007h，即使應用了代碼保護，這些位置也能正常讀出。

（五）Boot Block編程

Boot Block段的編程方式與ID位置完全相同，同樣需要禁用多面板寫入功能，確保只寫入地址范圍在0000h到01FFh的數據。

（六）配置位編程

與代碼內存不同，配置位是逐字節(jié)進行編程的。使用“表寫入，開始編程”4位命令（1111），但后續(xù)16位有效負載中只有8位會被寫入，LSB寫入偶數地址，MSB寫入奇數地址。

四、讀取器件

（一）讀取內存

通過4位命令‘1001’（表讀取，后遞增）逐字節(jié)訪問代碼內存，將表指針指向的內存內容加載到表鎖存器，然后通過SDATA串行輸出。這種方法同樣適用于讀取ID和配置寄存器。

（二）驗證操作

1. 驗證代碼內存和ID位置：驗證過程是將讀取的代碼內存空間與編程器緩沖區(qū)中的副本進行比較，逐字節(jié)讀取內存，需讀取兩個字節(jié)才能與編程器緩沖區(qū)中的字進行比較。驗證完代碼內存后，需手動將表指針設置為200000h（ID位置的基地址）。
2. 驗證配置位：通過4位命令‘1001’讀取配置地址并輸出到SDATA，然后將結果與編程器內存中的相應配置數據進行比較。
3. 驗證數據EEPROM：通過一系列核心指令（4位命令‘0000’）讀取數據EEPROM地址，然后通過4位命令‘0010’（移出數據保持寄存器）將結果輸出到SDATA，再與編程器內存中的相應數據進行比較。

（三）空白檢查

“空白檢查”是指驗證器件是否沒有已編程的內存單元，需要對代碼內存、數據EEPROM、ID位置和配置位進行驗證，但要忽略設備ID寄存器（3FFFFEh:3FFFFFh）。空白或已擦除的內存單元讀取值為‘1’，因此空白檢查就是驗證所有字節(jié)是否讀取為FFh（配置位除外）。

五、配置字

（一）ID位置

用戶可在200000h到200007h映射的八個ID位置中存儲識別信息，建議每個ID的最高有效半字節(jié)為0Fh，這樣可避免用戶代碼意外從ID空間執(zhí)行。

（二）設備ID字

PIC18FXX20的設備ID字位于3FFFFEh到3FFFFFh，編程人員可利用這些位來識別正在編程的設備類型，即使應用了代碼或讀取保護，這些位也能正常讀出。

（三）低壓編程（LVP）位

配置寄存器CONFIG4L中的LVP位用于啟用低壓ICSP編程，出廠時該位默認值為‘1’。若不使用低壓編程模式，可將LVP位編程為‘0’，此時RB5/PGM將成為數字I/O引腳。但需注意，LVP位只能通過進入高壓ICSP模式進行編程，一旦編程為‘0’，就只能使用高壓ICSP模式對設備進行編程。

（四）嵌入配置字信息和數據EEPROM信息

為了實現代碼的可移植性，PIC18FXX20編程器需要從HEX文件中讀取配置字信息和數據EEPROM信息。若這些信息缺失，應發(fā)出簡單的警告消息。保存HEX文件時，必須包含所有配置字信息和數據EEPROM信息，也可提供不包含這些信息的選項。

（五）校驗和計算

校驗和的計算方法是將以下內容相加：所有代碼內存位置的內容、經過適當掩碼處理的配置字以及ID位置。取該和的最低16位作為校驗和。不同型號和代碼保護設置下的校驗和計算方法在文檔中有詳細說明。

六、AC/DC特性和時序要求

文檔中給出了編程/驗證測試模式下的標準操作條件，包括工作溫度、各種電壓、電流、時間等參數的范圍和要求。例如，高壓編程電壓MCLR/VPP的范圍是9.00 - 13.25V，低壓編程電壓范圍是2.00 - 5.50V，供應電壓在正常編程時為2.00 - 5.50V，批量擦除操作時為4.50 - 5.50V等。

綜上所述，PIC18FXX20系列閃存微控制器的編程涉及多個方面，從編程方法、硬件要求到內存操作、配置字設置等都需要工程師仔細研究和掌握。希望通過本文的介紹，能幫助大家更好地理解和應用PIC18FXX20的編程技術。在實際應用中，你是否遇到過關于這些微控制器編程的難題呢？又有哪些獨特的解決方案呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗。