探索Microchip低引腳數(shù)USB開發(fā)套件：開啟USB設計新征程

電子工程師在進行USB相關設計時，合適的開發(fā)套件至關重要。Microchip的低引腳數(shù)USB開發(fā)套件為我們提供了一個便捷、低成本的途徑來評估其PIC18F1XK50和PIC16F145X USB微控制器的功能。下面，讓我們深入了解這個開發(fā)套件。

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一、套件概述

1.1 開發(fā)套件的價值

Microchip低引腳數(shù)USB開發(fā)套件為USB設計提供了硬件開發(fā)平臺，能加速從概念到原型的設計過程。它與Microchip應用庫（MLA）中的大量USB固件、軟件、驅(qū)動程序和實用程序緊密結合，為開發(fā)完整的USB應用提供了所需的源代碼。

1.2 套件內(nèi)容

• 一塊完全組裝好的低引腳數(shù)USB開發(fā)板。
• 一個PIC18F14K50 ICD擴展頭。
• 一片PIC16F1459樣品芯片。
• 一個PICkit? 3調(diào)試器/編程器（部分套件包含）。
• 一個DB9零調(diào)制解調(diào)器迷你適配器。
• 10針公對公接頭。
• 一根USB A到迷你B電纜。
• 快速入門指南。

1.3 開發(fā)板構造與布局

開發(fā)板上有眾多關鍵組件，如USB迷你B連接器、PICkit 2/3風格的ICSP?編程頭、連接到PORTC的LED、PIC18F1XK50或PIC16F1459微控制器等。需要注意的是，J2 - J5、J7、J8、J10和J16 - J19在板的底部已短路，默認連接，不過可以通過切斷PCB走線來禁用相關電路。

1.4 PIC18F14K50 ICD調(diào)試頭

PIC18F1XK50微控制器引腳功能存在復用情況，其PGC/PGD引腳與USB D +/D - 引腳復用，普通生產(chǎn)的PIC18F14K50芯片不支持在線固件調(diào)試。為解決這個問題，開發(fā)套件提供了專用的在線調(diào)試（ICD）板，其中的特殊PIC18F14K50芯片將USB D +/D - 引腳與ICSP?編程/調(diào)試的PGC/PGD引腳解復用，從而實現(xiàn)USB固件項目的調(diào)試。而PIC16F145X微控制器有兩對PGC/PGD引腳，可使用未與USB功能復用的RC0/PGD和RC1/PGC引腳對進行在線調(diào)試。

二、USB開發(fā)入門

2.1 開箱即用的演示固件

套件中的PIC16F1459 DIP - 20微控制器預裝了示例USB演示固件，可展示USB微控制器與自定義PC主機軟件程序（HID PnP Demo.exe）之間的基本USB通信。要運行演示程序，需先下載并安裝Microchip應用庫（MLA），它是一個免費軟件包，包含各種示例應用項目和資源的源代碼。

2.2 使用演示固件和PC軟件

操作步驟如下：

1. 使用提供的USB迷你B到全尺寸A電纜將演示板連接到基于x86或x64的Microsoft Windows?計算機。
2. 開發(fā)板由USB總線供電，會自動上電并開始USB“枚舉”序列。
3. PC會自動檢測USB設備并安裝標準的人機接口設備（HID）類驅(qū)動程序。
4. 安裝完成后，可使用MLA中提供的“HID PnP Demo.exe”程序與USB設備通信。該程序需要.NET框架v2.0或更高版本的可再發(fā)行包才能運行。成功連接后，PC軟件會打開USB設備的端點，定期發(fā)送命令，請求演示板按鈕狀態(tài)和電位器引腳的ADC讀數(shù)，點擊“Toggle LED(s)”按鈕可實現(xiàn)LED切換效果。

2.3 重新編程微控制器

完成演示固件和PC應用程序的實驗后，可使用MLA中的現(xiàn)有USB固件項目重新編程微控制器。需要安裝MPLAB X和最新的MPLAB X C8編譯器，選擇正確的MPLAB X構建配置，如LPCUSBDK_18F14K50（U1為PIC18F14K50時）或LPCUSBDK_16F1459（U1為PIC16F1459時）。

2.4 編程PIC18F14K50的特殊考慮

由于PIC18F1XK50的PGC/PGD引腳與USB D +/D - 引腳復用，重新編程時需先從USB主機上拔下USB電纜，避免ICSP編程器與USB主機的I/O引腳沖突。具體步驟為：

1. 從演示板的USB迷你B連接器上拔下USB電纜。
2. 將ICSP編程器（如PICkit? 3）連接到開發(fā)板。
3. 在MPLAB X IDE中配置編程器，使其為目標板供電，提供3.3V標稱電壓給VDD。
4. 使用ICSP編程器編程微控制器。
5. 編程驗證完成后，拔下ICSP編程器，再重新連接USB電纜測試新編程的固件項目。而使用PIC16F145X設備或帶有ICD板的專用PIC18F14K50時，無需遵循上述步驟。

2.5 使用PIC16F1454和PIC16F1455設備

PIC16F1454和PIC16F1455的14 - PDIP封裝可用于低引腳數(shù)USB開發(fā)套件板。將微控制器“左對齊”插入20 - DIP插座U1，大部分演示板功能仍可正常使用。但使用RS - 232 UART接口時，需在J20和J22焊盤上安裝2針、100ml間距的標準跳線頭，并使用標準跳線帽短路。

三、開發(fā)USB應用

3.1 USB設備類選擇

開發(fā)新的USB應用時，可評估MLA中已實現(xiàn)的USB設備類和示例固件/軟件項目。常見的USB設備類有：

• 人機接口設備（HID）類：用途廣泛，主要用于實現(xiàn)USB人機接口產(chǎn)品，也可用于發(fā)送通用應用特定數(shù)據(jù)。所有標準操作系統(tǒng)都提供標準HID類USB驅(qū)動程序，安裝通常是“即插即用”的，但數(shù)據(jù)傳輸速率有限，適用于帶寬要求較低的設備。
• 通信設備類（CDC）類：適用于將基于RS232串行端口的傳統(tǒng)硬件設計遷移到USB。該類設備在主機上表現(xiàn)為傳統(tǒng)COMx串行端口設備，但存在一些缺點，如需要在Windows系統(tǒng)上安裝驅(qū)動程序包、以原始字節(jié)流處理數(shù)據(jù)、錯誤處理和“即插即用”實現(xiàn)不完善等。
• 大容量存儲設備（MSD）類：適用于實現(xiàn)USB閃存媒體設備和讀卡器。枚舉后，USB MSD設備在主機上顯示為新的“驅(qū)動器”，通常與其他設備類組合使用。
• 自定義/廠商定義類：不是標準類，廠商可自定義通信協(xié)議和命令集。該類靈活性高，允許設計控制、中斷、批量和等時端點，但需要安裝自定義驅(qū)動程序包。

3.2 開發(fā)USB應用的提示

開發(fā)第一個USB應用時，可能會遇到USB枚舉問題，如Windows設備管理器中顯示“未知設備”。常見原因及解決方法如下：

• 硬件問題：檢查D +/D - 連接是否正確，避免引腳交換和串聯(lián)過大電阻，控制D +/D - 網(wǎng)絡的寄生電容；確保VUSB/VUSB3V3引腳連接正確。
• 軟件配置問題：檢查振蕩器設置和配置位設置是否與USB操作兼容；確保MLA中的相關配置文件（如usb_config.h和Hardware Profile – [platform name].h）正確配置。
• 代碼編輯/開發(fā)過程中的軟件問題：建議在SVN存儲庫中開發(fā)應用代碼，以便回退到“最后已知良好/工作”的代碼；考慮使用硬件USB協(xié)議分析儀，它能捕獲USB總線的原始流量，幫助快速定位問題。

四、總結

Microchip低引腳數(shù)USB開發(fā)套件為電子工程師提供了一個全面的USB開發(fā)平臺，無論是評估微控制器功能還是開發(fā)完整的USB應用，都具有很大的優(yōu)勢。通過深入了解套件的內(nèi)容、開發(fā)板布局、編程方法和USB設備類選擇，工程師們可以更高效地進行USB設計。你在使用這個開發(fā)套件的過程中遇到過哪些有趣的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。