Каталог статей

Главная » Все схемы » Теория » Изучаем микроконтроллеры

Выбранная схема!!!


5202
ПРОШИВКА РАЗРАБОТКА И ОТЛАДКА УСТРОЙСТВ НА МК ЧАСТЬ 1
          ПРОШИВКА РАЗРАБОТКА И ОТЛАДКА УСТРОЙСТВ НА МК ЧАСТЬ 1

        Этим постом я хочу начинать  публикацию цикла, в которой подробнейшим образом будут, рассматриваться основные приемы разработки,  прошивки и наладки устройств на микроконтроллерах. Посты будут полезны и тем, кто собирается  лишь повторять готовые устройства не заморачивая себя их разработкой и отладкой. Мы (я  и администрация сайта) надеемся, что публикации этого цикла поможет многим начинающим и не очень радиолюбителям приступить к разработке и (или) повторению аппаратуры на микроконтроллерной  базе. В этой статье будут собраны и систематизированы материалы из различных открытых источников, в том числе и всеми нами любимого журнала Радио. Мы коротко рассмотрим, что такое МК, и с чем его едят, зачем нужны компиляторы, и что за страшные звери, сидят в файлах с расширением *.HEX, *.bin, *.asm, и т.п., не много окунёмся в историю и наконец, создадим наш первый программатор SI-Prog  (на мой взгляд очень простой надёжный универсальный и не заслуженно предаваемый забвению) и прошьём МК кроме, того на конкретном примере, разберёмся с программными оболочками РопуРгоg2000 и IS-Prog.  И так приступим. Не для кого не секрет что, среди цифровых интегральных микросхем МК сегодня занимают примерно такое же место, как операционные усилители среди аналоговых. Это - универсальные приборы, их применение в электронных устройствах самого различного назначения постоянно расширяется. Разработкой и производством МК занимаются почти все крупные и многие средние фирмы, специализирующиеся в области полупроводниковой электроники. Перечень и основные параметры МК некоторых популярных семейств можно найти, например, в интернете.

Современные МК (их раньше называли однокристальными микро-ЭВМ) объединяют в своем корпусе мощное процессорное Ядро, запоминающие устройства для хранения выполняемой программы и данных, устройства приема входных и формирования выходных сигналов, многочисленные вспомогательные узлы. Общая тенденция современного «микроконтроллеростростроения» - уменьшение числа внешних элементов, необходимых для нормальной работы. На кристалле микросхемы размещают не только компараторы, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, но и всевозможные нагрузочные и "подтягивающие” резисторы, цепи сброса.

Выходные буферы МК рассчитывают на непосредственное подключение наиболее типичных нагрузок, например, светодиодных индикаторов. Почти любой из выводов МК (за исключением, конечно, выводов общего провода и питания) разработчик может использовать по своему усмотрению в качестве входа или выхода. В результате довольно сложный по выполняемым функциям прибор нередко удается выполнить всего на одной микросхеме.

Постоянное удешевление МК и расширение их функциональных возможностей снизило порог сложности устройств, которые целесообразно строить на их основе. Сегодня имеет смысл конструировать на МК даже такие приборы, для реализации которых традиционными методами потребовалось бы менее десятка логических микросхем средней и малой степени интеграции. Пожалуй, главным препятствием на этом пути остается консерватизм разработчиков, многие из которых до сих пор считают МК чем-то непостижимо сложным.

Между тем процессы разработки программы для МК и обычной принципиальной схемы цифрового устройства во многом схожи. В обоих случаях "здание" нужной формы строят из элементарных "кирпичей”. Просто "кирпичи" разные: в первом случае — набор логических элементов, во втором — набор команд микроконтроллера.

Вместо взаимодействия между элементами с помощью обмена сигналами по проводам пересылка данных из одной ячейки памяти в другую внутри МК. Процесс пересылки "выплескивается" наружу, когда МК поддерживает связь с подключенными к нему датчиками, индикаторами, исполнительными устройствами и внешней памятью. Различаются и рабочие инструменты. На смену карандашу, бумаге, паяльнику и осциллографу приходят компьютер и программатор, хотя на последнем этапе отладки изделия без осциллографа и паяльника все же не обойтись.

Еще одна трудность - недостаточное количество полноценной технической документации и справочной литературы на русском языке. Большинство публикаций подобного рода в периодических изданиях и особенно в русскоязычном Интернете, зачастую  не более чем подстрочные переводы английских оригиналов. Причем переводчики, иногда мало знакомые с предметом и терминологией, истолковывают "темные” места по-своему, и они (места) оказываются довольно далекими от истины. Практически отсутствуют русскоязычные программные средства разработки и отладки программ МК.

Первое знакомство с МК для многих начинается с повторения одной из опубликованных в том же журнале "Радио" или другом издании конструкций на их основе. И здесь сразу проявляется главное отличие МК от обычной микросхемы: он не способен делать что- либо полезное, пока в его внутреннее (иногда внешнее) запоминающее устройство не занесена программа,  т.е. набор кодов, задающий последовательность операций, которые предстоит выполнять. Процедуру записи кодов в память МК называют его программированием или прошивкой (не путать с предшествующим этому одноименным процессом разработки самой программы).

Необходимость прошивки, на первый взгляд, может показаться недостатком. На самом же деле это главное достоинство, благодаря которому можно, изготовив, например, всего одну плату с МК и несколькими соединенными с ним светодиодными индикаторами и кнопками, по желанию, превращать все в частотомер, счетчик импульсов, электронные часы, цифровой измеритель любой физической величины, пульт дистанционного управления и контроля и многое другое.

Возможность сохранять в секрете коды программы помогает производителям аппаратуры на МК в борьбе с конкурентами. Правда, излишняя секретность программ нередко создает  дополнительные трудности при ремонте или совершенствовании устройств на МК "чужой" разработки. Но это  другой вопрос.

Еще недавно, приступая к проектированию конструкции на МК, разработчик стоял  перед проблемой: можно ли решить поставленную задачу, используя приборы одного-двух известных ему типов. Сегодня ситуация изменилась в корне. Из множества доступных МК следует выбрать тот, с помощью которого задача будет решена оптимальным образом. К сожалению, так поступают далеко не все. Возникла даже определенная "мода" на изделия тех или иных типов, образуются своеобразные группировки сторонников МК определенных семейств. Свой выбор они обосновывают, как правило, на уровне "нравится - не нравится”. Нередко отрицательное мнение о каком-либо приборе объясняется единственной неудачной попыткой его применения, зачастую без попытки анализа и устранения причин неудачи. Некоторые фирмы распространяют документы под названием "Правда о...” с "объективным" сравнением своих приборов с изделиями конкурентов, и, как правило,  в пользу первых. Особо доверять подобным публикациям не стоит, всегда найдется отчет о сравнении с обратными результатами и выводами.

Хочу сказать, что, как и во многих других случаях, заведомо хороших или плохих МК нет, и не может быть. Каждый из них способен показать отличные результаты при решении задач определенного класса и с трудом справляется с другими. Отсюда и разнообразие типов. Как правило, выигрыш по одному параметру сопровождается ухудшением других.  Самые простые примеры: МК, рассчитанный на многократное перепрограммирование, всегда дороже однократно программируемого аналога, а более скоростной прибор чувствительнее медленного к импульсным помехам и требовательнее к трассировке печатной платы. Конечно, существуют универсальные приборы, в достаточной мере пригодные для решения широкого класса задач. Однако если необходимо лишь повторить ту или иную конструкцию, особой возможности выбирать МК нет, нужно использовать указанный в описании или его полный аналог, например, из числа изготавливаемых другими фирмами по лицензии. На вопрос, можно ли заменить МК одного типа другим, зачастую приходится давать отрицательный ответ, хотя теоретически такая возможность имеется: надо лишь переработать программу, а если число и назначение выводов заменяемого и заменяющего МК различны, то и печатную плату.

Если речь идет о замене МК близким по структуре и принадлежащим к тому же семейству или о замене устаревшего изделия современным аналогом,  адаптировать программу, как правило, удается. Фирма Microchip и ATMEL даже включает в справочные данные своих МК рекомендации по такой адаптации. В общем случае полноценный перенос программы на другой МК требует наличия не только публикуемой обычно "прошивки" РПЗУ, а и полного исходного текста, желательно с комментариями программиста. Листинг, полученный в результате дизассемблирования "прошивки",  далеко не полноценный эквивалент. От программиста потребуется значительно более высокая квалификация, чем достаточная для разработки "с нуля", не меньшими будут и трудозатраты.

Начинать самостоятельную разработку устройства на МК и, естественно, программы для него рекомендуется с проработки и составления блок-схемы алгоритма его работы. Только по результатам этого этапа можно сделать правильный выбор МК..

Наш дальнейший рассказ построим на конкретном примере. Как то недавно потребовался счетчик, способный подсчитывать пересечения неким предметом определенного рубежа в одну и другую стороны. Полистав номера журнала "Радио”,  нашел подходящее устройство,  но оно показалось слишком сложным (11 микросхем, в том числе РПЗУ большого объема) и к тому же не обладало некоторыми необходимыми функциями, в частности, возможностью предварительной установки показаний счетчика и запоминания его состояния после выключения питания. Появилась идея изготовить нужный прибор на МК. По причинам, изложенным далее, был выбран МК PIC16F84 (PIC16F84А). В результате родилась схема устройства (рис. 1),


содержащего всего две микросхемы. В устройстве допустимо применение микроконтроллера PIC16F84 и PIC16F84A с любыми предельной частотой, типом корпуса и рабочим интервалом температур (об этих параметрах говорят цифровые и буквенные индексы после дефиса в обозначении микросхемы, например, -101/Р). А если совершенствование программы не предполагается, можно использовать и дешевый однократно программируемый аналог PIC16CR84 если конечно его удастся найти.

Датчики перемещения предмета - транзисторные оптроны с открытым каналом АОТ147Б (U1, U2). Нагрузкой их фототранзисторов служат имеющиеся в МК внутренние резисторы. Допустимо использовать и оптопары, состоящие из отдельных свето и фотодиодов (фототранзисторов). Оптические датчики при необходимости заменяют любыми другими: магнитными, контактными, индуктивными. Важно лишь, чтобы при их срабатывании на соответствующих входах МК изменялись логические уровни.

В устройстве применен четырехразрядный семи сегментный светодиодный индикатор СА56-11SR фирмы Kingbright. Возможно также использование любых семи сегментных светодиодных индикаторов с общим анодом, например, четырех отечественных АЛС324Б. Набор резисторов DR1 можно заменить семью обычными резисторами сопротивлением 300 Ом. Программа, которую необходимо занести в память МК DD2, чтобы превратить устройство в счетчик, приведена в табл. 1. При включении питания во всех разрядах индикатора зажигаются нули. После каждого выполнения цикла "затенен U1" — "затенены U1 и U2" — "не затенен U1” — "не затенен U2" показания увеличиваются на единицу. Счетчик реверсивный, поэтому при срабатывании датчиков в обратном порядке показания на столько же уменьшаются. Максимальное число — 9999, после него следует ноль.

В следующей статье цикла будет о рассказано о том, как создавалась и отлаживалась схема и программа счетчика, об её совершенствовании и введении дополнительных функций. Этим примером будут проиллюстрированы основные возможности МК PIC16F84 и приемы работы с бесплатными средствами программирования и отладки. Они объединены в пакет MPLAB, последнюю версию которого можно "скачать" с Интернет-сайтов www.microchip.com или www.microchip.ru. Или со станицы форума  АЛЕКСАНДРА  <<КЛИКНУТЬ СДЕСЬ>>>  там же подробно описано как его установить. 

Для того чтобы занести коды из табл. 1 во внутреннюю память МК, необходим программатор. Однако он не "умеет" читать коды с интернет страниц, поэтому прежде всего требуется создать в компьютере файл с этими кодами в формате, "понятном" программатору. В табл. 1 они приведены в так называемом НЕХ-формате, разработанном фирмой Intel и ставшем фактическим стандартом для программирования ПЗУ различного назначения. (Нужно сказать, что других одноименных форматов, например, Microchip HEX, не существует, используются подобные названия лишь по недоразумению). Аналогичные форматы, разработанные другими фирмами, не нашли широкого применения и предназначены, как правило, лишь для аппаратных и программных средств собственной разработки, в большинстве своем "понимающих" и Intel НЕХ-формат.

Коды вводят в компьютер с помощью любого текстового редактора, в том числе Microsoft Word, точно в том виде, в котором они приведены в табл. 1.


Если имеется сканер и программа распознавания текста, например, FineReader, можно воспользоваться ими. Но в последнем случае считанные данные придется сверить с оригиналом, так как автоматическое распознавание не идеально (возможны ошибки). Учтите, что в НЕХ файлах применяются только символ двоеточия, цифры и латинские буквы A - F. Каждую строку начинают двоеточием в первой позиции и заканчивают нажатием на клавишу ENTER. Пробелы не допускаются. Закончив ввод и проверив коды, сохраните файл в режиме' Текст DOS" или "Только текст”, присвоив ему любое имя с расширением  *.hex.

Нередко коды программ публикуют в виде так называемого "дампа памяти". Это более удобная для зрительного восприятия (чем в НЕХ-формате) таблица. Она состоит из строк, начинающихся шестнадцатеричным адресом (обычно четырехразрядным), за которым через пробелы следуют двухразрядные шестнадцатеричные коды, хранящиеся в следующих одна за другой ячейках (байтах) памяти. Адрес в начале строки относится к первой из ячеек, а всего их обычно 16. Для сравнения в табл. 2 приведен дамп, содержащий те же данные, что и табл. 1. HEX и дамп легко преобразовать один в другой следующим образом (см. табл. 3).

Первые два знака после двоеточия - число байт информации в строке. В данном случае их 16 (10H). Далее следует адрес первого байта (0020Н), за ним — двухразрядный код назначения строки:

0 - строка содержит данные;

1 -  завершающая строка файла (:00000001 FF); она не содержит данных, число байт и адрес в ней  - нулевые. Во многих случаях для опознания строки как завершающей достаточно нулевого числа байт;

2 -  в области данных находится адрес сегмента памяти, относительно начала которого, отсчитывают адреса, задаваемые в следующих строках. Следует помнить, что два байта адреса сегмента следуют в порядке старший - младший. Число, которое необходимо прибавлять к текущим адресам, получают сдвигом двоичного кода адреса сегмента на четыре двоичных разряда влево, т. е. умножением его на 16;

3 - в области данных находятся четыре байта стартового адреса программы в обычном для IBM PC формате CS:IP;

4 - в области данных находятся (в порядке от старшего к младшему) четыре байта абсолютного адреса, значение которого без всяких преобразований следует прибавлять к адресам, указанным в следующих строках;

5 -  то же, что 04, но задает абсолютное значение адреса старта программы.

Строки с кодами назначения 02 и 04 используют, если необходимо задать адреса, превышающие 0FFFFH. Для программирования МК с памятью небольшого объема (таких, как PIC16F84) в них нет необходимости. Тем не менее, иногда подобную строку, задающую нулевой начальный адрес, помещают в начало НЕХ-файла. Ее можно безболезненно удалить.

Строки с кодами 03 и 05 встречаются весьма редко, поскольку адрес старта программы МК чаще всего определяется архитектурой последнего и не может быть изменен. У МК семейства PICmicro он нулевой.

За кодом назначения следует область данных из указанного в начале строки числа байт. Строка завершается контрольным байтом. Алгоритм подсчета его значения довольно прост: восемь младших двоичных разрядов суммы всех байт строки, включая ее длину, два байта адреса, код назначения, данные и контрольный, должны быть равны нулю.

Первоначально НЕХ-формат предназначался для хранения восьмиразрядных данных. Коды большей разрядности разбивают на соответствующее число байтов, которые записывают в файл в порядке от младшего к старшему. Например, каждой из 14-разрядных команд МК ИС16F84 отводят по два байта, причем два старших двоичных разряда второго байта остаются свободными (код в этом байте не превышает 3FH).

В результате адреса в НЕХ-файле удвоены по сравнению с действительными адресами команд программы. Например, строка

:080008008C0003088D000408C0 описывает такую последовательность программных кодов;

Адрес  Код

4          008С

5          0803

6          008D

7          0804

Некоторые программные средства (как правило, ведущие свою родословную не от IBM-совместимых компьютеров) записывают в файл и воспринимают байты данных в обратном порядке - старший, за ним младший. На это стоит обратить внимание, если программатор "капризничает”, не желая правильно читать файл.

Описанный формат представления многоразрядных данных часто называют Merged (склеенный). Изредка встречается другой вариант: НЕХ-файл разбивают на два, один из которых содержит все младшие, а второй — все старшие байты слов программы. Такой формат называют Splitted (расщепленный).

Следует учесть, что файл может не задавать сплошной последовательности кодов. Например, между кодами в первых двух строках табл. 1 остается незаполненным промежуток в шесть байт (три команды программы). Никакой информации об их содержимом НЕХ-формат не дает. В зависимости от алгоритма работы программатора они остаются в незапрограммированном исходном состоянии или в них сохраняются коды, записанные ранее. В табл. 2 неиспользованные ячейки заполнены нулевыми кодами.

Как известно, МК содержат постоянную память различного назначения: FLASH либо однократно программируемую  для программы, EEPROM для данных, специальные ячейки конфигурации и идентификации МК. Информацию, предназначенную для этих областей, нередко хранят в отдельных файлах и при

программировании приходится вручную указывать, куда именно ее записать. Но в семействе PICmicro принято решение, позволяющее объединить все в одном НЕХ-файле. Упомянутые выше области, находящиеся для процессора МК в разных адресных пространствах, с точки зрения программатора объединены в одно. Для PIC16F84 распределение следующее (в скобках - "байтные" адреса):

0-3FFH (0-7FFH) - коды программы; у МК с памятью большего объема эта область может быть расширена до 1FFFH (3FFFH);

2000Н-2003Н (4000Н-4007Н) - коды идентификации;

2007Н (400ЕН, 400FH) - слово конфигурации;

2100Н-213FH (4200Н-427FH) - коды, записываемые по адресам 0-3FH EEPROM.

Несмотря на то что, организация EEPROM - восьмиразрядная, в данном случае каждому из предназначенных для него кодов в НЕХ-файле отводят по два байта, старший из которых - с нулевым содержимым

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ >>>>> 

ВСЕ ВОПРОСЫ НА ФОРУМ


Категория: Изучаем микроконтроллеры | Добавил: Volodya215 (09.02.2013) | Автор: Volodya215
Просмотров: 8826 | Комментарии: 3 | Теги: устройств, часть, НА, отладка, МК, разработка, прошивка | Рейтинг: 4.5/17


Всего комментариев: 3
0
3 Coolobook   (06.11.2014 16:28)
Полезная статья, особенно описание структуры HEX файла. Давно хотел разобраться.

0
2 vdovuhin   (13.02.2013 22:52)
классная статья, почти понял как работать ну наДо ещЁ что-то по читать

0
1 androlega   (11.02.2013 00:50)
Интересная статейка,буду ожидать развитие дальше,спасибо

Все ссылки на книги и журналы, представлены на этом сайте, исключительно для ознакомления, авторские права на эти публикации принадлежат авторам книг и издательствам журналов! Подробно тут!
Жалоба

Пожалуйста оставьте свои комментарии !!!!

Имя *:
Email:
Код *:


ElectroTOP - Рейтинг сайтов
Copyright Zloy Soft (Company) © 2008 - 2016