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PIC-Controller

Controller

PIC Microcontroller HOWTO

Author: Manuel Magnin - MMagnin(a)Clinch.ch
Datum: 12. April 2017
Quelle: http://www.clinch.ch/clinch/PIC/PIC-Controller.htm
Version: V0.0
Geändert: ...

Dieses Dokument soll die grundlegenden Schritte zur Erstellung einer PIC programmier und Entwicklungsumgebung aufzeigen.
Dieses Zusammenstellung ist für Mess- und Steueraufgaben gedacht und ausgelegt.
Die PIC Familie hat folgende Eigenschaften:
- Sehr robuster Aufbau, grosse Toleranzen (betriebsstabil)
- Starke Ausgangstreiber 25mA (Nach Masse und nach Vdd), DIL-Gehäuse (und andere)
- Sehr simpler Assembler RISC Befehls-Satz bestehend aus 35 Befehlen
- Enfache und vielseitige Beschaltung der Oszilatoren (Quarz, extern, R/C, R, intern)
- Minimaler Stromverbrauch bei geringen Taktraten und Spannungen (2mA, 5V, 4MHz / 15uA, 3V, 32kHz, <1uA Sleep)
- Einfache Programmierung und Reprogrammierung (Flash)

Übersicht der wichtigen DIL18 Typen:
Die PIC Microcontroller eignen sich speziell für kleine Steueraufgaben, da diese günstig und einfach zu programmieren sind.
Die Controller können mit einfachsten mitteln in der Schaltung programmiert werden. Es sind nur wenige externe Bauteile für den Berieb notwendig.

MCU Typ	Gehäuse	Flash / RAM	I/O Lines	Preis	Bemerkungen
PIC 16F84A	DIL18	1kWord / 68Byte	13	2.00	1Ti,Oldtimer
PIC 16F627	DIL18	1kWord / 224Byte	16	1.50	PWM,3xTi,Compar
PIC 16F628	DIL18	2kWord / 224Byte	16	1.70	RS232,PWM,3xTi,Compar
PIC 16F648	DIL18	4kWord / 256Byte	16	2.00	RS232,PWM,3xTi,Compar
PIC 16F818	DIL18	1kWord / 128Byte	16	1.80	5xADC10,PWM,SPI,I2C,2xTi, ab 87uA
PIC 16F819	DIL18	2kWord / 256Byte	16	2.20	5xADC10,PWM,SPI,I2C,2xTi, ab 87uA
PIC 18F1220	DIL18	2kWord / 256Byte	16	2.50	RS232,7xADC10,PWM,4xTi
PIC 18F1320	DIL18	4kWord / 256Byte	16	2.70	RS232,7xADC10,PWM,4xTi

PIC Incircuit Programmer mit ICSP Schnittstelle. Der Programmierer ist kompatibel zu WinXP bis Win10 und läuft sowohl mit RS232 (+-12V) Schnittstellen (PC Integriert), so wie mit USB zu RS232 Wandlern (mit +-5V).

Um alles zu vereinfachen wurde ein Entwiklungsboard erstellt (mit Platine) das den Programmer mit enthält. Zur Programmierung von PICs in der Schaltung kann bei diesem Board nur der Programmerteil mit dem ICSP Port verwendet werden. Wenn mit dem ICSP Port und einem Kabel ein PIC auf einer anderen Platine programmiert werden soll, so darf keim PIC auf der Platine des ICSP Programmers stecken.
Der 10k Widerstad und die Dioder am Pin 4 (Vpp) ist nur beim 16F84 notwendig.
Je nach PIC Typ werden die Pins OSC1, OSC2 & Vpp nicht benötigt, dann können diese auch als ein oder Ausgang für Steuerzwecke genutzt werden. D.h. im besten Fall stehen von den DIL 18Pin's ganze 16 Pin's für Ein- und Ausgänge zur Verfügung.

Übersicht der Taktgeneratoren:

MCP	Standard	R / C	Intern	Bemerkungen
PIC 16F84A	Quarz	30k - 4MHz	-	22pF+10k=2MHz, 330p+56k=4MHz
PIC 16F62x	Quarz, 15-30pF	R ohne C: 10k - 8MHz	ja	nur-R: 1k=10MHz, 10k=1.6MHz, 47k=3MHz
PIC 16F64x	Quarz, 15-30pF	30k-4MHz/3-100k, >20pF	-	100pF+5k=1MHz, 22pF+10k=2MHz, 22pF+5k=4M, 100p+10k=0.6MHz
PIC 16F818	Quarz, 15-30pF	30k-4MHz/3-100k, >20pF	32k-8MHz	nur-R: 1k=10MHz, 10k=1.6MHz, 47k=3MHz
PIC 18F1220	Quarz	30k-4MHz/3-100k,>20pF	125k-8MHz

RC Taktberechnung: F = 1 / ( (R * C) * Ln( Vdd / (Vdd - Vdd*0.9)) )
für 5V Vdd: F = 1 / ( (R * C) * Ln( 5 / (5 - 5*0.9)) ) => F = 1 / (R * C * 2.3)
für 5V vereinfacht: F [in MHz] = 1 / ( R [in kR] * C [in nF] * 2.3 )

R	C	F (Clock) +-10%	Cyklen/Sek +-10%
100kR	100nF	44Hz	11
10kR	100nF	0.44kHz	109
10kR	10nF	4.3kHz	1'087
100kR	1nF	4.3kHz	1'087
10kR	1nF	43kHz	10'870
100kR	100pF	43kHz	10'870
100kR	22pF	0.2MHz	49'407
10kR	100pF	0.43MHz	108'696
10kR	47pF	0.93MHz	231'267
4.7kR	100pF	0.93MHz	231'267
4.7kR	47pF	1.97MHz	492'058
10kR	22pF	1.98MHz	494'071
4.7kR	33pF	2.8MHz	7000'810
10k paral. 10k	22pF	4.0MHz	988'142
4.7kR	22pF	4.2MHz	1'051'215
3.0kR	22pF	6.6MHz	1'646'904

Für den Betrieb mit einer Batterie empfehlen sich 10kR & 1nF mit 43kHz
Für einfache Anwendungen eigenen sich: 10kR & 100pF für 0.4MHz und 10kR & 22pF für 2MHz
Für passende Timer (+-10%) eignen sich: 5kR & 22pF oder 4.7kR & 22pF für ca. 4MHz

CPU16FX-Entw-Circ-V0.1.png

Programmier-Kabel (nur für PC integrierte RS232 Schnittstellen ausgelegt!)
Sonst die obige Programmer-Schaltung verwenden, die ist auch für USB zu RS232 & Notebooks ausgelegt:

Um die PIC Kontroller zu programmieren reicht ein einfacher Programmieradapter. Um den Aufwand für die Programmierung und Entwicklung zu reduzieren kann der PIC mit einem Programmierkabel und ein paar Komponenten gleich in der Schaltung programmiert und umprogrammiert werden. Das RC-Glied am Clk-In lässt den PIC nach der Programmierung mit ca. 2MHz schwingen. Vpp wird nach der Programmierung auf ca. Betriebsspannung gebracht und somit in den Betriebsmodus des PICs.

Wichtig für den Programmer ist, dass die Schnittstelle mit +-12V arbeitet (PC Schnittstellen auf dem Prozessorboard). USB zu Serial Schnittstellen Adaper Kabel arbeiten meistens mit +-5 oder +-10V. Dies kann mit einem Voltmeter an der Seriellen Schnittstelle gemessen werden: Pin 5(GND) zu Pin 3(TxD).

Blinker mit PIC

init:

main:

delay100:

delayf:

delay1:
delaya:

org 0

clrf   PORTB

bsf   PORTB,0
call    delay100
call    delay100
call    delay100
bcf   PORTB,0
call    delay100
call    delay100
call    delay100
goto   main

movlw D'100
movwf 0x1f
call    delay1
decfsz 0x1f,f
goto    delayf
return

movlw   d'249'
addlw    d'255'
btfss     Status, Z
goto delaya
return

; start at address 0
; Set all bits of Port-B to Lo

; Set PortB Bit-0 to 1 (LED-ON)
; Wait 100ms
; Wait 100ms
; Wait 100ms
; Clear PortB Bit 0 (LED-OFF)
; Wait 100ms
; Wait 100ms
; Wait 100ms

; (1) load Working reg. with 100
; (1) Save to temp Mem Count
; (0 (4)) Wait for 1mS,
; (1) it01 := it01 - 1, skip if zero
; (2 (1)) if not Zero go again
; (4) back to calling prog

; (1) load w with 249 (248 loops)
; (1) dec w / w := w - 1
; (1+(1)) Check if z flag is set
; (2 (1)) no, than again
; (4) back to call. prog incl call

Lauflicht mit PIC und 8xLED

init:

main:

nextl:

nextr:

delay100:

delayf:

delay1:
delaya:

org 0

clrf   PORTB

clrf    PORTB
bsf    Status, C
rlf PORTB, F
call    delay100
bcf    Status, C
movf    PORTB, F
btfss Status, Z
goto nextl

bsf    Status, C
rrf    PORTB, F
call    delay100
bcf    Status, C
movf    PORTB, F
btfss    Status, Z
goto    nextr

goto    main

movlw D'100
movwf 0x1f
call    delay1
decfsz 0x1f,f
goto    delayf
return

movlw   d'249'
addlw    d'255'
btfss     Status, Z
goto delaya
return

; start at address 0
; Set all bits of Port-B to Lo

; Port B clear
; Bit Set Carry for rotate
; rotate port B bits to left
; Wait 100ms
; Bit Clear Carry for rotate
; Check PORTB and Setz Z
; Check if zero flag is set
; no, than again

; Bit Set Carry for rotate
; rotate port B bits to right
; Wait 100ms
; Bit Clear Carry for rotate
; Check PORTB and Setz Z
; Check if zero flag is set
; no, than again

; and all agian

; (1) load W reg. with 100
; (1) Save to temp Mem Count
; (0 (4)) Wait for 1mS,
; (1) it01 := it01 - 1, skip if zero
; (2 (1)) if not Zero go again
; (4) back to calling prog

; (1) load w with 249 (248 loop)
; (1) dec w / w := w - 1
; (1+(1)) Check if z flag is set
; (2 (1)) no, than again
; (4) back to call prog incl call

Der Tackt wird mit 22pF + 10kR erzeugt (2MHz)

PIC Assembler Befehlssatz

ADDLW wert	Addiere W und wert, speichere das Resultat in W	W := W + wert	D,DC,Z
ADDLW 0x00	Teste W und setze Flags D,DC,Z	W := W + 0	D,DC,Z
ADDLW 0xff	verkleinere das Arbeitsregister um eins (Decrement)	W := W - 1	D,DC,Z
ADDWF speicher,F	Adiere W und den Inhalt der Speicheradresse, speichere das Resultat in Speicheradresse	[speicher] := W + [speicher]	D,DC,Z
ADDWF speicher,W	Addiere W und den Inhalt der Speicheradresse, speichere das Resultat in W	W := W + [speicher]	Z
ANDLW wert	Logische Bit-Und Operation von wert mit W, speichere das Resultat in W	W := W && wert	Z
ANDWF speicher,F	Logische Bit-Und Operation vom Inhalt der Speicheradr. mit W, speichere das Resultat in Speicheradr.	[speicher] := W && [speicher]	Z
ANDWF speicher,W	Logische Bit-Und Operation vom Inhalt der Speicheradresse mit W, speichere das Resultat in W	W := W && [speicher]	Z
BCF speicher,bit-nr	Bit löschen speicher, Bit Nummer [0..7], lösche ausgewähltes Bit (auf "0")		-
BSF speicher,bit-nr	Bit setzen speicher, Bit Nummer [0..7], setze ausgewähltes Bit auf "1"		-
BTFSC speich,bit-nr	Teste Bit im Speicher und überspringe nächsten Befehl wenn das Bit "0" ist.		-
BTFSS speich,bit-nr	Teste Bit im Speicher und überspringe nächsten Befehl wenn das Bit "1" ist.		-
CALL label	Springe zum Unterprogramm Label, Rückkehr mit Return, Returnlw		-
CLRF speicher	Lösche den Inhalt des Speichers (=0x00)	[speicher] := 0x00	Z
CLRW	Lösche das W Register des Prozessors	W := 0x00	Z
CLRWDT	den watchdog timer zurücksetzen (Reset / clear watchdog)		TO,PD
COMF speicher,W	nimm den Inhalt der Speicheradresse und invertiere alle Bits, speichere das Resultat in W	W:= [speicher] XOR 0xFF	Z
COMF speicher,F	nimm den Inhalt der Speicheradr. & invertiere alle Bits, speichere Resultat in Speicheradr.	[speicher] := [speicher] XOr 255	Z
DECF speicher,W	Subtrahiere 1 vom Inhalt der Speicheradresse, speichere das Resultat in W	W := [speicher] - 1	Z
DECF speicher,F	Subtrahiere 1 vom Inhalt der Speicheradr., speichere das Resultat in Speicheradr.	[speicher] := [speicher] - 1	Z
DECFSZ speicher,W	Subtrahiere 1 vom Inhalt der Speicheradresse, speichere das Resultat in W und überspringe nächsten Befehl wenn das Resultat "0" ist.	W := [speicher] - 1	-
DECFSZ speicher,F	Subtrahiere 1 vom Inhalt der Speicheradr., speichere das Resultat in Speicheradr. und überspringe nächsten Befehl wenn das Resultat "0" ist.	[speicher] := [speicher] - 1	-
GOTO label	Springe zur Marke Label		-
INCF speicher,W	Addiere 1 zum Inhalt der Speicheradresse, speichere das Resultat in W	W := [speicher] + 1	Z
INCF speicher,F	Addiere 1 zum Inhalt der Speicheradr., speichere das Resultat in Speicheradr.	[speicher] := [speicher] + 1	Z
INCFSZ speicher,W	Addiere 1 zum Inhalt der Speicheradresse, speichere das Resultat in W und überspringe nächsten Befehl wenn das Resultat "0" ist.	W := [speicher] + 1	-
INCFSZ speicher,F	Addiere 1 zum Inhalt der Speicheradr., speichere das Resultat in Speicheradr. und überspringe nächsten Befehl wenn das Resultat "0" ist.	[speicher] := [speicher] + 1	-
IORLW wert	Logische Bit-Or von value mit W, speichere das Resultat in W	W := W !! wert	Z
IORWF speicher,F	Logische Bit-Or des Inhalts der Speicheradr. mit W, speichere das Resultat in Speicheradr.	[speicher] := W !! [speicher]	Z
IORWF speicher,W	Logische Bit-Or des Inhalts der Speicheradr. mit W, speichere das Resultat in W	W := W !! [speicher]	Z
MOVLW wert	Laden den Wert in das Arbeitsregister W	W := wert	-
MOVF speicher,W	Laden den Inhalt der Speicheradresse in das Arbeitsregister W	W := [speicher]	Z
MOVF speicher,F	Laden den Inhalt der Speicheradresse in die Speicheradresse (setzt Z Flag entsprechend)	[speicher] := [speicher]	Z
MOVWF speicher	Speichert das Arbeitsregister W in die Speicheradresse	[speicher] := W	-
NOP	No Operation, nache nichts (braucht einen Cyklus)	-	-
RETFIE	Return from Interrupt, Rückkehr aus einem Interrupt		-
RETLW wert	Rückkehr aus einem Unterprogramm das mit Call aufgerufen wurde, übergebe Wert		-
RETURN	Rückkehr aus einem Unterprogramm das mit Call aufgerufen wurde		-
RLF speicher,F	Rotiere Bits links durch das Carry Bit "C", speichere das Resultat in Speicheradr.		C
RLF speicher,W	Rotiere Bits nach links durch das Carry Bit "C", speichere das Resultat in W		C
RRF speicher,F	Rotiere Bits rechts durch das Carry Bit "C", speichere das Resultat in Speicheradr.		C
RRF speicher,W	Rotiere Bits nach rechts durch das Carry Bit "C", speichere das Resultat in W	W := [speicher]>> W	C
SLEEP	Versetze den Prozessor in den Schlafmodus (StandBy Mode)		TO,PD
SUBLW wert	Subtrahiere W von wert & speichere das Resultat in W	W := wert - W	C,DC,Z
SUBLW speicher,F	Subtrahiere W vom Inhalt der Speicheradr. & speichere das Resultat in Speicheradr.	[speicher] := [speicher] - W	C,DC,Z
SUBLW speicher,W	Subtrahiere W vom Inhalt der Speicheradresse & speichere das Resultat in W	W := [speicher] - W	C,DC,Z
SWAPF speicher,W	Austausch obere und untere Bytehälfte, speichere das Resultat in W		-
SWAPF speicher,F	Austausch obere und untere Bytehälfte, speichere das Resultat in Speicheradr.		-
XORLW wert	Logische Bit-XOr Operation von wert mit W, speichere das Resultat in W	W := wert XOr W	Z
XORWF speicher,F	Logische Bit-XOr Operation vom Inhalt der Speicheradr. mit W, speichere das Resultat in Speicheradr.	[speicher] := [speicher] XOr W	Z
XORWF speicher,W	Logische Bit-XOr vom Inhalt der Speicheradr. mit W, speichere das Resultat in W	W :== [speicher] XOr W	Z

W = Workingregister des Prozessors, die Angabe ,W ist der Speicher Ort für Resultat im Workingregister (,W=",0")
F = Speicher Ort für Resultat ist eine Speicher-Adresse, , die Angabe ,F = Speicher (,F=",1") (Register File Adresse 0x00 bis 0x7F)
bit-nr = Werte 0..7 (Bit1 bis Bit8)
speicher = ist die Adresse deren Inhalt verwendet werden soll (Register File Adresse 0x00 bis 0x7F)
wert = Konstanter Wert der verwendet werden soll
label = Sprung Ziel (Frei wählbarer Begriff, ohne Sonderzeichen und ohne Leerzeichen)

CPU16FX-Entw-Circ-V0.1.png, CPU16FX-Entw-PCB-V0.1.png, PIC-8xLED.png, PIC16F84_Architektur.png, PIC-Blinker.png, PIC-CPU16FX-InCircuit-V0.1.PNG, PIC-Programmer.png