PIC18FXX80/XX85 Flash微控制器編程規(guī)范解析

在電子工程師的日常工作中，微控制器的編程是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)。今天我們就來深入探討一下Microchip公司的PIC18FXX80/XX85系列Flash微控制器的編程規(guī)范。

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一、設(shè)備概述

PIC18FXX80/XX85系列包含了PIC18F6585、PIC18F6680、PIC18F8585和PIC18F8680等型號(hào)。這些設(shè)備在編程方面具有多種特性和要求，了解它們對(duì)于正確使用和開發(fā)這些微控制器至關(guān)重要。

二、編程概述

2.1 編程方法

該系列設(shè)備可以使用高壓在線串行編程（High - Voltage In - Circuit Serial Programming，ICSP）或低壓ICSP方法進(jìn)行編程。這兩種方法都可以在用戶系統(tǒng)中對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程，但低壓ICSP方法與高壓方法略有不同。

2.1.1 硬件要求

• 高壓ICSP編程：在高壓ICSP模式下，設(shè)備需要兩個(gè)可編程電源，一個(gè)用于VDD，一個(gè)用于MCLR/VPP，且兩個(gè)電源的最小分辨率為0.25V。更多硬件參數(shù)可參考“AC/DC Characteristics Timing Requirements for Program/Verify Test Mode”部分。
• 低壓ICSP編程：在低壓ICSP模式下，設(shè)備可以使用工作范圍內(nèi)的VDD源進(jìn)行編程，即MCLR/VPP可以保持正常工作電壓。同樣，更多硬件參數(shù)可參考上述部分。

2.2 引腳圖

PIC18FXX80/XX85系列的引腳圖展示在圖2 - 1、圖2 - 2和圖2 - 3中。不過這些引腳圖的描述并不代表設(shè)備類型的完整功能，用戶需要參考相應(yīng)的設(shè)備數(shù)據(jù)手冊以獲取完整的引腳描述。

2.3 內(nèi)存映射

2.3.1 代碼內(nèi)存

代碼內(nèi)存空間從0000h到0FFFFh（64 Kbytes），分為四個(gè)16 - Kbyte的塊。其中，0000h到07FFh定義為“Boot Block”區(qū)域，與塊1分開處理。所有這些塊在代碼內(nèi)存空間內(nèi)定義了代碼保護(hù)邊界。代碼內(nèi)存面板以8 - Kbyte為邊界定義，在“Code Memory Programming”部分有更詳細(xì)的討論。

2.3.2 配置和ID空間

除了代碼內(nèi)存空間，配置和ID空間中有三個(gè)塊可供用戶通過表讀取和表寫入訪問。其在內(nèi)存映射中的位置如圖2 - 5所示。用戶可以在八個(gè)ID寄存器中存儲(chǔ)識(shí)別信息（ID），這些ID寄存器映射在地址200000h到200007h。配置位位于300000h到30000Dh，設(shè)備ID位位于3FFFFEh和3FFFFFh。這些位置在代碼保護(hù)后仍可正常讀出。

2.3.3 內(nèi)存地址指針

地址空間000000h到3FFFFFh的內(nèi)存通過表指針尋址，表指針由三個(gè)指針寄存器組成：TBLPTRU（位于RAM地址0FF8h）、TBLPTRH（位于RAM地址0FF7h）和TBLPTRL（位于RAM地址0FF6h）。在進(jìn)行許多讀寫操作之前，使用4位命令‘0000’（核心指令）來加載表指針。

2.4 編程過程概述

編程過程的高級(jí)概述如圖2 - 7所示。首先執(zhí)行批量擦除，然后對(duì)代碼內(nèi)存、ID位置和數(shù)據(jù)EEPROM進(jìn)行編程，接著驗(yàn)證這些內(nèi)存以確保編程成功。如果沒有檢測到錯(cuò)誤，再對(duì)配置位進(jìn)行編程和驗(yàn)證。

2.5 進(jìn)入編程/驗(yàn)證模式

2.5.1 高壓ICSP編程/驗(yàn)證模式

通過將PGC和PGD保持低電平，然后將MCLR/VPP升高到VIHH（高電壓），進(jìn)入高壓ICSP編程/驗(yàn)證模式。在此模式下，可以串行訪問和編程代碼內(nèi)存、數(shù)據(jù)EEPROM、ID位置和配置位。進(jìn)入該模式的序列會(huì)將所有未使用的I/O置于高阻抗?fàn)顟B(tài)。

2.5.2 低壓ICSP編程/驗(yàn)證模式

當(dāng)LVP配置位為‘1’時(shí)，啟用低壓ICSP模式。通過將PGC和PGD保持低電平，在PGM上置邏輯高電平，然后將MCLR/VPP升高到VIH，進(jìn)入低壓ICSP編程/驗(yàn)證模式。在此模式下，RB5/PGM引腳專用于編程功能，不再是通用I/O引腳。進(jìn)入該模式的序列同樣會(huì)將所有未使用的I/O置于高阻抗?fàn)顟B(tài)。

2.6 串行編程/驗(yàn)證操作

PGC引腳用作時(shí)鐘輸入引腳，PGD引腳用于在串行操作期間輸入命令位和數(shù)據(jù)輸入/輸出。命令和數(shù)據(jù)在PGC的上升沿傳輸，在PGC的下降沿鎖存，并且是最低有效位（LSb）優(yōu)先。

2.6.1 4位命令

所有指令為20位，由前導(dǎo)4位命令和16位操作數(shù)組成，操作數(shù)取決于執(zhí)行的命令類型。輸入命令時(shí)，PGC循環(huán)四次。編程和驗(yàn)證所需的命令如表2 - 3所示。

2.6.2 核心指令

核心指令將16位指令傳遞給CPU核心執(zhí)行，這對(duì)于設(shè)置寄存器以配合其他命令使用是必要的。

三、設(shè)備編程

3.1 高壓ICSP批量擦除

通過向地址3C0004h寫入“Erase Option”來擦除代碼或數(shù)據(jù)EEPROM。代碼內(nèi)存可以部分擦除，也可以一次性擦除整個(gè)設(shè)備。批量擦除操作還會(huì)清除與擦除的內(nèi)存塊相關(guān)的任何代碼保護(hù)設(shè)置。擦除選項(xiàng)詳細(xì)信息如表3 - 1所示。

3.1.1 低壓ICSP批量擦除

使用低壓ICSP時(shí)，如果要執(zhí)行批量擦除，部件必須由參數(shù)D111指定的電壓供電。其他批量擦除細(xì)節(jié)與高壓ICSP相同。如果需要在低于批量擦除限制的電源電壓下執(zhí)行程序內(nèi)存擦除，可參考“ICSP Multi - Panel Single Row Erase”和“Modifying Code Memory”部分的擦除方法。如果需要在低于批量擦除限制的電源電壓下執(zhí)行數(shù)據(jù)EEPROM擦除，可按照“Data EEPROM Programming”部分的方法將‘1’寫入陣列。

3.1.2 ICSP多面板單行擦除

無論使用高壓還是低壓ICSP，都可以同時(shí)擦除所有面板中的單行（64字節(jié)數(shù)據(jù)）。通過適當(dāng)配置位于3C0006h的編程控制寄存器來啟用多面板單行擦除。多面板單行擦除持續(xù)時(shí)間由外部定時(shí)，由PGC控制。發(fā)出“Start Programming”命令（4位，‘1111’）后，發(fā)出NOP，其中第4個(gè)PGC在編程時(shí)間P9內(nèi)保持高電平。PGC拉低后，編程序列終止。PGC必須在參數(shù)P10指定的時(shí)間內(nèi)保持低電平，以允許內(nèi)存陣列的高壓放電。

3.2 代碼內(nèi)存編程

編程代碼內(nèi)存的方法是先將數(shù)據(jù)加載到適當(dāng)?shù)膶懢彌_區(qū)，然后啟動(dòng)編程序列。代碼內(nèi)存空間中的每個(gè)面板都有一個(gè)8字節(jié)深的寫緩沖區(qū)，在啟動(dòng)寫序列之前必須加載。通常，所有程序緩沖區(qū)并行寫入（多面板寫入模式）。通過適當(dāng)配置位于3C0006h的編程控制寄存器來啟用多面板寫入模式。編程持續(xù)時(shí)間由外部定時(shí)，由PGC控制。發(fā)出“Start Programming”命令（4位命令，‘1111’）后，發(fā)出NOP，其中第4個(gè)PGC在編程時(shí)間P9內(nèi)保持高電平。PGC拉低后，編程序列終止。PGC必須在參數(shù)P10指定的時(shí)間內(nèi)保持低電平，以允許內(nèi)存陣列的高壓放電。

3.2.1 單面板編程

在某些情況下，限制寫入單個(gè)面板可能是有利的。此時(shí)，用戶只需通過適當(dāng)配置位于3C0006h的編程控制寄存器來禁用設(shè)備的多面板寫入功能。要寫入的單個(gè)面板將根據(jù)表指針的值自動(dòng)啟用。

3.2.2 修改代碼內(nèi)存

如果用戶希望僅修改已編程設(shè)備的一部分，可以將設(shè)備置于單面板寫入模式，加載面板的8字節(jié)寫緩沖區(qū)，然后啟動(dòng)寫序列。最小可寫入數(shù)據(jù)量為8字節(jié)，最小可擦除代碼內(nèi)存量為64字節(jié)。使用EECON1寄存器操作代碼內(nèi)存時(shí)，必須設(shè)置EEPGD位（EECON1<7> = 1），清除CFGS位（EECON1<6> = 0），設(shè)置WREN位（EECON1<2> = 1）以啟用任何類型的寫入，設(shè)置FREE位（EECON1<4> = 1）以擦除表指針指向的程序空間，通過設(shè)置WR位（EECON1<1> = 1）啟動(dòng)擦除序列。為防止意外寫入，EECON2用于“啟用”WR位，在設(shè)置WR位之前，必須依次將55h和AAh加載到該寄存器。

3.3 數(shù)據(jù)EEPROM編程

數(shù)據(jù)EEPROM通過地址指針（寄存器對(duì)EEADR:EEADRH）和數(shù)據(jù)鎖存器（EEDATA）一次訪問一個(gè)字節(jié)。寫入數(shù)據(jù)EEPROM時(shí)，將所需的內(nèi)存位置加載到EEADR:EEADRH，將數(shù)據(jù)加載到EEDATA，并通過適當(dāng)配置EECON1和EECON2寄存器啟動(dòng)內(nèi)存寫入。字節(jié)寫入會(huì)自動(dòng)擦除該位置并寫入新數(shù)據(jù)（先擦除后寫入）。使用EECON1寄存器執(zhí)行數(shù)據(jù)EEPROM寫入時(shí)，必須清除EEPGD和CFGS位（EECON1<7:6> = 00），設(shè)置WREN位（EECON1<2> = 1）以啟用寫入，通過設(shè)置WR位（EECON1<1> = 1）啟動(dòng)寫入序列。為防止意外寫入，EECON2用于“啟用”WR位，在設(shè)置WR位之前，必須依次將55h和AAh加載到該寄存器。

3.4 ID位置編程

ID位置的編程與代碼內(nèi)存類似，但必須禁用多面板寫入。要寫入的單個(gè)面板將根據(jù)表指針的值自動(dòng)啟用。ID寄存器映射在地址200000h到200007h，這些位置在代碼保護(hù)后仍可正常讀出。

3.5 引導(dǎo)塊編程

引導(dǎo)塊段的編程方式與ID位置完全相同，必須禁用多面板寫入，以便僅寫入0000h到07FFh范圍內(nèi)的地址。

3.6 配置位編程

與代碼內(nèi)存不同，配置位一次編程一個(gè)字節(jié)。使用“Table Write, Begin Programming”4位命令（‘1111’），但僅寫入后續(xù)16位有效負(fù)載的8位。有效負(fù)載的LSB寫入偶地址，MSB寫入奇地址。編程兩個(gè)連續(xù)配置位置的代碼序列如表3 - 8所示。每次配置字節(jié)編程之間需要執(zhí)行四個(gè)NOP。

四、讀取設(shè)備

4.1 讀取代碼內(nèi)存、ID位置和配置位

通過4位命令‘1001’（表讀取，后遞增）一次讀取一個(gè)字節(jié)的代碼內(nèi)存。表指針（TBLPTRU:TBLPTRH:TBLPTRL）指向的內(nèi)存內(nèi)容加載到表鎖存器，然后在PGD上串行輸出。該技術(shù)可用于讀取000000h到3FFFFFh地址空間中的任何內(nèi)存，因此也適用于讀取ID和配置寄存器。

4.2 驗(yàn)證代碼內(nèi)存和ID位置

驗(yàn)證步驟包括讀回代碼內(nèi)存空間并與編程器緩沖區(qū)中的副本進(jìn)行比較。內(nèi)存讀取一次一個(gè)字節(jié)，因此必須讀取兩個(gè)字節(jié)以與編程器緩沖區(qū)中的字進(jìn)行比較。驗(yàn)證代碼內(nèi)存后，必須手動(dòng)將表指針設(shè)置為200000h（ID位置的基地址）。表讀取4位命令的后遞增功能不能用于將表指針遞增到代碼內(nèi)存空間之外。

4.3 驗(yàn)證配置位

通過4位命令‘1001’讀取配置地址并在PGD上輸出。配置數(shù)據(jù)以字節(jié)方式讀取和寫入，因此在比較之前無需將兩個(gè)字節(jié)合并為一個(gè)字。然后可以立即將結(jié)果與編程器內(nèi)存中的相應(yīng)配置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以進(jìn)行驗(yàn)證。

4.4 讀取數(shù)據(jù)EEPROM內(nèi)存

數(shù)據(jù)EEPROM通過地址指針（寄存器對(duì)EEADR:EEADRH）和數(shù)據(jù)鎖存器（EEDATA）一次訪問一個(gè)字節(jié)。讀取數(shù)據(jù)EEPROM時(shí)，將所需的內(nèi)存位置加載到EEADR:EEADRH，并通過適當(dāng)配置EECON1寄存器啟動(dòng)內(nèi)存讀取。數(shù)據(jù)將加載到EEDATA，然后通過4位命令‘0010’（Shift Out Data Holding register）在PGD上串行輸出。

4.5 驗(yàn)證數(shù)據(jù)EEPROM

通過一系列核心指令（4位命令，‘0000’）讀取數(shù)據(jù)EEPROM地址，然后通過4位命令‘0010’（Shift Out Data Holding register）在PGD上輸出。然后可以立即將結(jié)果與編程器內(nèi)存中的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以進(jìn)行驗(yàn)證。

4.6 空白檢查

“空白檢查”意味著驗(yàn)證設(shè)備沒有已編程的內(nèi)存單元。必須驗(yàn)證所有內(nèi)存：代碼內(nèi)存、數(shù)據(jù)EEPROM、ID位置和配置位。設(shè)備ID寄存器（3FFFFEh:3FFFFFh）應(yīng)忽略?！翱瞻住被颉安脸钡膬?nèi)存單元將讀取為‘1’，因此“空白檢查”設(shè)備只需驗(yàn)證所有字節(jié)讀取為FFh，配置位除外。未使用（保留）的配置位將讀取為‘0’（已編程）。

五、配置字

5.1 ID位置

用戶可以在八個(gè)ID位置（映射在200000h:200007h）中存儲(chǔ)識(shí)別信息（ID）。建議每個(gè)ID的最高有效半字節(jié)為0Fh，這樣如果用戶代碼無意中嘗試從ID空間執(zhí)行，ID數(shù)據(jù)將作為NOP執(zhí)行。

5.2 設(shè)備ID字

PIC18FXX80/XX85設(shè)備的設(shè)備ID字位于3FFFFEh:3FFFFFh。這些位可由編程器用于識(shí)別正在編程的設(shè)備類型，并且在代碼或讀取保護(hù)后仍可正常讀出。

5.3 低壓編程（LVP）位

配置寄存器CONFIG4L中的LVP位啟用低壓ICSP編程。LVP位出廠默認(rèn)值為‘1’。如果不使用低壓編程模式，可以將LVP位編程為‘0’，此時(shí)RB5/PGM成為數(shù)字I/O引腳。但LVP位只能通過進(jìn)入高壓ICSP模式進(jìn)行編程，其中MCLR/VPP升高到VIHH。一旦LVP位編程為‘0’，則只能使用高壓ICSP模式對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程。

5.4 嵌入配置字信息到HEX文件

為了實(shí)現(xiàn)代碼的可移植性，PIC18FXX80/XX85編程器需要從HEX文件中讀取配置字位置。如果HEX文件中不存在配置字信息，應(yīng)發(fā)出簡單的警告消息。同樣，保存HEX文件時(shí)，必須包含所有配置字信息，也可以提供不包含配置字信息的選項(xiàng)。嵌入配置字信息到HEX文件時(shí)，應(yīng)從地址300000h開始。

5.5 校驗(yàn)和計(jì)算

校驗(yàn)和通過以下內(nèi)容求和計(jì)算：所有代碼內(nèi)存位置的內(nèi)容、適當(dāng)屏蔽的配置字、ID位置。該和的最低有效16位為校驗(yàn)和。不同設(shè)備和代碼保護(hù)設(shè)置下的校驗(yàn)和計(jì)算方法如表5 - 4所示。

5.6 嵌入數(shù)據(jù)EEPROM信息到HEX文件

為了實(shí)現(xiàn)代碼的可移植性，PIC18FXX80/XX85編程器需要從HEX文件中讀取數(shù)據(jù)EEPROM信息。如果數(shù)據(jù)EEPROM信息不存在，應(yīng)發(fā)出簡單的警告消息。同樣，保存HEX文件時(shí)，必須包含所有數(shù)據(jù)EEPROM信息，也可以提供不包含數(shù)據(jù)EEPROM信息的選項(xiàng)。嵌入數(shù)據(jù)EEPROM信息到HEX文件時(shí)，應(yīng)從地址F00000h開始。

六、AC/DC特性編程/驗(yàn)證測試模式的時(shí)序要求

標(biāo)準(zhǔn)操作條件建議工作溫度為25°C。文檔中給出了一系列參數(shù)，包括電壓、電流、時(shí)間等的最小值、最大值和單位，以及相應(yīng)的條件。例如，高壓編程電壓VIHH在MCLR/VPP上的范圍是9.00 - 13.25V，低壓編程電壓VIHL在MCLR/VPP上的范圍是2.00 - 5.50V等。

在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師需要根據(jù)這些編程規(guī)范和要求，選擇合適的編程方法和參數(shù)，確保PIC18FXX80/XX85系列微控制器的正確編程和使用。大家在編程過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。