Внутрисхемный USB программатор-отладчик-анализатор PICkit2

Для начала освоения и практического применения микроконтроллеров разработчику необходим дешевый и доступный инструментарий. Интернет наводнен различными схемами простых программаторов и каждый "совершенствует" их под то, что есть под рукой и выкладывает на всеобщее обозрение новый клон "универсального программатора" который точно работает, например, с контроллером PIC16F84, но желающие могут проверить работу со всеми остальными контроллерами. Поэтому наиболее частые вопросы на всевозможных форумах посвященных электронике звучат примерно так: "Помогите разобраться со схемой программатора взятой с сайта www…. !!! Вчера отлично работал с контроллером ууу, а сегодня с xxx отказывается работать!!! В чем причина???". Или "перепробовал mmm схем программаторов, ни один не работает! Дайте ссылку на проверенный программатор!!!"

Компания Microchip Technology Inc. выпустила дешевый программатор для новичков PICkit2, схема которого, и программное обеспечение в исходных кодах выложены на сайте www.microchip.com/pickit2. Следует обратить внимение, что в отличии от всевозможных самоделок, PICkit2 также является полноценным отладчиком и имеет ряд дополнительный функций анализатора.

Программатор PICkit2 построен на базе контроллера PIC18F2550 с поддержкой USB 2.0, поэтому удалось создать дешевый программатор/отладчик, который получает питание от USB и не требует дополнительного источника питания. Через USB порт так же осуществляется обновление прошивки программатора, т.е. PICkit2 может сам обновить свое программное обеспечение без применения дополнительных средств. Программатор имеет компактные размеры и выполнен в форм-факторе брелка (см. рис. 1.)

Рис. 1. Внешний вид программатора PICkit2

1. светодиоды, показывающие режим работы программатора
2. кнопка
3. с помощью такого ушка программатор можно носить как брелок ;)
4. разъем mini USB
5. маркировка 1-го вывода разъема программатора
6. разъем для подключения программируемого устройства

Программатор PICkit2 служит для внутрисхемного программирования/отладки большинства Flash микроконтроллеров Microchip. Типовая схема подключения приведена на рис.2. Назначение выводов программатора:

1. Vpp/MCLR -напряжение программирования, сигнал сброса
2. Vdd - напряжение питания для программируемой схемы
3. Vss - "земляной" вывод
4. ICSPDAT/PGD - сигнал данных
5. ICSPCLK/PGC - сигнал тактирования
6. AUX - вспомогательный вывод, как правило не используется

Рис. 2. Типовая схема подключения внутрисхемного программатора

PICkit 2 работает под управлением своей собственной оболочки или под управлением среды разработки MPLAB IDE. При работе программатора/отладчика под управлением оболочки "PICkit 2 Programmer" PICkit2 позволяет стирать, программировать и проверять память программ и EEPROM, устанавливать защиту кода, редактировать содержимое Flash и EEPROM микроконтроллеров, а также программировать микросхемы памяти EEPROM, CAN-драйверы и ключи Keeloq. Помимо этих стандартных функций, программатор PICkit2 позволяет осуществлять ряд интересных действий.

Рис. 3. Программа "PICkit 2 Programmer"

Дополнительные возможности программатора PICkit2

Программатор PICkit 2 может формировать напряжение питание для схемы в диапазоне напряжений от 2.5 до 5В с шагом 0.1В. Это полезная особенность, т.к. вы можете отлаживать различные устройства, не отключая устройство от программатора, а питание будет осуществляться от самого программатора.

Внимание! USB порт компьютера может выдавать ток до 100мА. Если подключенное к PICkit2 устройство потребляет больший ток, то USB порт автоматически выключится. Если вам нужно получить ток больше чем 100мА, то используйте внешний источник питания для отлаживаемого устройства.

Как правило, напряжение шины USB составляет 5В. Однако для некоторых компьютеров и ноутбуков напряжение может отличаться. Программатор PICkit2 имеет возможность калибровать напряжение, выдаваемое во внешнюю схему для более точной работы.

Для устройств с внешним сбросом оболочка программатора позволяет управлять сигналом сброса микроконтроллера. В меню "Tools" можно включить опцию "Use VPP First Program Entry", это может понадобиться для контроллеров, конфигурация которых и настройка портов не позволяет войти в режим программирования (например, для контроллеров PIC12F675 с включенным внутренним сбросом и портами, подключенными к PGD и PGC, настроенными на выход). Попробуйте включить эту опцию, если программатор выдает ошибку проверки конфигурации ('Verification of configuration failed.').

Некоторые микроконтроллеры PIC12F и PIC16F имеют внутренний RC-генератор, калибровочная константа для которого хранится по последнему адресу в памяти программ микроконтроллера. Как правило, "правильные" программаторы, при программировании таких микроконтроллеров, сначала считывают калибровочную константу, затем стирают микроконтроллер, а затем программируют его пользовательской программой с запомненной константой. Если по каким-либо причинам константа утеряна, то PICkit2 (версии ПО 1.хх) поможет восстановить калибровку генератора. Для этого в микроконтроллер записывается специальная программа, которая генерирует на выводе микроконтроллера меандр, программатор PICkit2 измеряет частоту и рассчитывает калибровочную константу, которая затем может быть записана в микроконтроллер.

Если ваше устройство должно общаться с другими устройствами по UART, то вы можете использовать PICkit2 как средство отладки последовательных протоколов. UART Tool позволяет задавать скорость до 38400 бод, и так же позволяет:

• Получать отладочную информацию из микроконтроллера
• Вести лог данных, получаемых от микроконтроллера, в текстовом файле
• Разрабатывать и отлаживать последовательную передачу по интерфейсу UART
• Посылать команды микроконтроллеру на этапе отладки.

Рис. 4. Окно "UART Tool" программы "PICkit 2 Programmer"

Для того чтобы использовать UART Tool, нужно сделать следующие соединения к разъему программатора PICkit2:

Замечания:

PICkit2 не может обеспечивать питанием отлаживаемую плату когда используется UART Tool. Вывод Vdd программатора PICkit2 должен быть подключен к напряжению питания отлаживаемой платы.

Сигналы TX и RX проинвертированны, т.е. уровень Start Bit = GND, Stop Bit = Vdd. Программатор PICkit 2 нельзя подсоединять к сигналам RS-232 (+/-12В).

Logic Tool позволяет создавать воздействия и отслеживать состояние сигналов разрабатываемого устройства. Поддерживается 2 режима: Logic I/O и Analyzer. Подключив соответствующие каналы PICkit2 к сигнальным линиям разрабатываемого устройства, "Logic I/O" позволяет формировать логические уровни (4 канала) и осуществлять мониторинг состояния уровней цифровых сигналов (3 канала), а "Analyzer" отображенать формы до трех цифровых сигналов, с возможностью старта их записи по заданному условию (нарастание/спад фронта сигнала, низкий/высокий уровень), а также по комбинации нескольких условий.

Рис. 5. Окно "Logic Tool" в режимах Analyzer и Logic I/O программы "PICkit 2 Programmer"

В оболочке PICkit2, каждому отладчику/программатору PICkit2 можно назначить собственное имя для идентификации, что позволяет использовать несколько PICkit2 для отладки одного контроллера. При этом, например, один может быть использован утилитой Logic Tool, второй - UART Tool, третий, как отладчик и т.д.

PICkit 2 Programmer-To-Go позволяет, записав в память PICkit2 программу "прошивки" микроконтроллера, программировать любой PIC, за исключением PIC32, нажатием одной кнопки, без использования ПК (необходимо только питание по USB от ПК или автономного USB-источника питания).

Утилита для работы с программатором-отладчиком PICkit 2 из командной строки

Утилита позволяет программировать все контроллеры, которые поддерживает последняя версия GUI-оболочки PICkit 2, микросхемы EEPROM с последовательным интерфейсом, KEELOQ-кодеры. При этом поддерживается несколько подключенных к ПК PICkit2, с идентификацией по Unit ID.

С помощью ключей запуска выбирается тип контроллера, устанавливается напряжение питания, читать, программировать и верифицировать Flash и EEPROM память контроллера. Утилиту можно использовать для интеграции программатора в автоматизированные системы, сторонние редакторы кода.

Утилита тестировалась на совместимость с операционными системами Windows XP SP2 и Windows Vista.

Архив с утилитой PKtoCMD v.1.10 доступен по ссылке (100 КБ): http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PK2CMDv1-10.zip

Работа под средой разработки MPLAB IDE

Обычно разработчики, использующие PIC контроллеры, используют в качестве среды разработки MPLAB IDE так как MPLAB IDE это мощный и бесплатный инструментарий для разработки и отладки программ для PIC микроконтроллеров. MPLAB IDE включает в себя редактор, программный симулятор, позволяет подключать Си компиляторы различных производителей, работает совместно с программаторами и эмуляторами Microchip. Программатор PICkit2 также поддерживается средой разработки MPLAB IDE, однако список поддерживаемых контроллеров не такой обширный, но зато появляется возможность внутрисхемной отладки некоторых популярных микроконтроллеров.

Внутрисхемное программирование под средой разработки MPLAB IDE сходно с программированием из-под оболочки PICkit2: можно записывать и считывать отдельно память программ и EEPROM, стирать память микроконтроллера и проверять ее на чистоту.

Для внутрисхемной отладки используются те же самые выводы микроконтроллера, что и для программирования, поэтому никаких переделок в схеме не нужно*. Для включения режима отладки нужно в меню Debugger -> Select Tool выбрать PICkit2.

Рис. 6. Окно среды разработки MPLAB IDE, использование программатора PICkit 2 в качестве внутрисхемного отладчика

* Примечание. Для внутрисхемной отладки желательно иметь новую версию PICkit2 с красной кнопкой, выпускающуюся с сентября 2007 г. Если у вас предыдущая версия PICkit2, то для обновления нужно слегка модифицировать схему, или добавить подтягивающие резисторы к GND на линии PGD и PGC в схеме, так как PICkit2 изначально планировался только как программатор. Инструкцию по обновлению PICkit2 можно скачать с нашего сайта. Описание переделок: http://www.microchip.com.ru/1010/download/PIC%20Kit2/PICkit2UpgradeRU.pdf.

После соединения с отлаживаемым микроконтроллером можно устанавливать точки останова, выполнять программу по шагам, наблюдать за изменением переменных в окне Watch.

Рис. 7. Окно среды разработки MPLAB IDE, использование программатора PICkit 2 в качестве внутрисхемного отладчика

Варианты поставок PICkit2

Компания Microchip Technology Inc. поставляет программатор PICkit2 в разных комплектациях.

Комплект DV164120, помимо программатора, содержит демонстрационную плату с установленным контроллером PIC16F690, и, за счет совместимости по выводам, позволяет работать с любыми PIC-контроллерами в корпусах DIP-8, DIP-14 и DIP-20.

Рис. 8. Совместимость по выводам контроллеров в 8-, 14- и 20-и выводных корпусах

Программатор-отладчик PICkit2 является весьма мощным и универсальным отладочным средством для микроконтроллеров Microchip, но в то же время имеет доступную цену и даже, при желании, может быть легко повторен по документации предоставляемой Microchip. Программатор PICkit2 активно поддерживается производителем двумя платформами: оболочкой PICkit2 и средой разработки MPLAB IDE, причем с каждым апгрейдом добавляются все новые и новые функции, а способность программатора обновлять свое ПО, дает возможность произвести обновление меньше чем за минуту. Помимо функций программирования микроконтроллеров и микросхем памяти, PICkit2 может использоваться как отладочное средство, а именно как внутрисхемный отладчик, отладчик протоколов UART или анализатор сигналов, и, надеемся, в следующих обновлениях Microchip порадует нас новыми функциями!

Илья Афанасьев,
Компания Гамма Санкт-Петербург