Microchip PIC18F2XXX/4XXX 系列闪存微控制器编程指南

在电子设计领域，微控制器的编程是一项关键工作。今天，我们就来深入探讨一下 Microchip 的 PIC18F2XXX/4XXX 系列闪存微控制器的编程规范。

文件下载：PIC18F4321-I P.pdf

一、器件概述

该文档涵盖了众多型号的编程规范，包括 PIC18F2221、PIC18F2321 等一系列 2XXX 和 4XXX 家族的器件。这些器件具有不同的封装类型，为不同的应用场景提供了多样化的选择。

二、编程概述

（一）编程方法

PIC18F2XXX/4XXX 系列器件可以使用高压在线串行编程（High - Voltage In - Circuit Serial Programming™，ICSP™）方法或低压 ICSP 方法进行编程。这两种方法都可以在用户系统中对器件进行操作，但低压 ICSP 方法与高压方法略有不同。

（二）硬件要求

1. 高压 ICSP 模式：在此模式下，器件需要两个可编程电源，分别为 VDD 和 MCLR/VPP/RE3 供电，且两个电源的最小分辨率应为 0.25V。
2. 低压 ICSP 模式：在该模式下，器件可以使用处于工作范围内的 VDD 源进行编程，MCLR/VPP/RE3 可以保持在正常工作电压。

（三）引脚图

不同封装类型的器件有不同的引脚图，如 28 引脚的 SPDIP、PDIP、SOIC、SSOP、QFN 封装，以及 40 引脚的 PDIP 封装和 44 引脚的 TQFP、QFN 封装等。了解这些引脚图对于正确连接和编程器件至关重要。

（四）内存映射

不同型号的器件代码内存空间大小和分布不同。例如，PIC18FX6X0 器件的代码内存空间从 0000h 到 0FFFFh（64 Kbytes），分为四个 16 - Kbyte 块；PIC18FX5X5 器件的代码内存空间从 0000h 到 0BFFFFh（48 Kbytes），分为三个 16 - Kbyte 块。同时，部分器件的 Boot Block 大小可以通过配置寄存器中的 BBSIZ 位进行调整。

（五）编程流程概述

编程过程包括批量擦除（Bulk Erase）、对代码内存、ID 位置和数据 EEPROM（部分器件）进行编程，然后进行验证，最后对配置位进行编程和验证。

（六）进出编程验证模式

1. 高压 ICSP 模式：进入该模式时，需将 PGC 和 PGD 保持低电平，然后将 MCLR/VPP/RE3 升高到 VIHH（高电压）。退出时则按相应的退出序列操作。
2. 低压 ICSP 模式：当 LVP 配置位为‘1’时，可通过将 PGC 和 PGD 保持低电平，PGM 置为高电平，然后将 MCLR/VPP/RE3 升高到 VIH 进入该模式。

（七）串行编程验证操作

1. 4 位命令：所有指令为 20 位，由 4 位命令和 16 位操作数组成。不同的 4 位命令用于不同的操作，如核心指令、表读取、表写入等。
2. 核心指令：用于向 CPU 核心传递 16 位指令以执行，为其他命令的使用设置合适的寄存器。

（八）专用 ICSP/ICD 端口（仅 44 引脚 TQFP）

PIC18F4455/4458/4550/4553 等 44 引脚 TQFP 器件支持专用 ICSP/ICD 端口，可提供另一种在线调试和 ICSP 选项。但 ICPRT 配置位只能通过默认 ICSP 端口进行编程，且不同封装类型的器件对该位的设置有不同要求。

三、器件编程

（一）ICSP 擦除

1. 高压 ICSP 批量擦除：通过配置位于 3C0004h 和 3C0005h 的两个批量擦除控制寄存器来实现代码或数据 EEPROM 的擦除。擦除操作会清除相关内存块的代码保护设置。
2. 低压 ICSP 批量擦除：执行批量擦除时，器件需由参数 D111 指定的电压供电。若电源电压低于批量擦除限制，可参考行擦除或修改代码内存的方法。
3. ICSP 行擦除：无论使用高压还是低压 ICSP，只要块未被代码或写保护，就可以擦除一行（64 字节数据）。行擦除的持续时间由 PGC 外部定时控制。

（二）代码内存编程

编程代码内存时，先将数据加载到写缓冲区，然后启动编程序列。不同型号器件的写缓冲区和擦除缓冲区大小不同，编程持续时间也由 PGC 外部定时控制。

（三）数据 EEPROM 编程

数据 EEPROM 通过地址指针（EEADRH:EEADR）和数据锁存器（EEDATA）逐字节访问。编程时需正确配置 EECON1 寄存器，写入时会自动擦除原位置并写入新数据。

（四）ID 位置编程

ID 位置的编程与代码内存类似，用户只需填充写缓冲区的前 8 个字节即可写入 ID 位置。若要修改 ID 位置，需先进行擦除操作。

（五）Boot 块编程

使用与代码内存编程类似的代码序列，但地址范围在 000000h 到 0007FFh 之间。

（六）配置位编程

配置位逐字节编程，使用“Table Write, Begin Programming”4 位命令（‘1111’），但每次只写入 16 位有效负载中的 8 位。

四、读取器件

（一）读取代码内存、ID 位置和配置位

通过 4 位命令‘1001’（表读取，后递增）逐字节访问代码内存，读取的内容通过 PGD 串行输出。该方法也适用于读取 ID 和配置寄存器。

（二）验证代码内存和 ID 位置

验证时，将代码内存空间的内容读回并与编程器缓冲区中的副本进行比较。对于 ID 位置，需手动将表指针设置为 200000h。

（三）验证配置位

通过 4 位命令‘1001’读取配置地址并输出到 PGD，然后与编程器内存中的相应配置数据进行比较。

（四）读取数据 EEPROM 内存

通过地址指针和数据锁存器逐字节访问数据 EEPROM，读取的数据通过 4 位命令‘0010’输出到 PGD。

（五）验证数据 EEPROM

读取数据 EEPROM 地址并输出到 PGD，然后与编程器内存中的相应数据进行比较。

（六）空白检查

空白检查是验证器件是否没有已编程的内存单元，需对代码内存、数据 EEPROM、ID 位置和配置位进行验证，但忽略设备 ID 寄存器。

五、配置字

（一）配置字概述

PIC18F2XXX/4XXX 系列器件有多个配置字，可通过设置或清除这些位来选择不同的器件配置。所有其他内存区域应在设置配置字之前进行编程和验证。

（二）ID 位置

用户可以在 200000h:200007h 的 8 个 ID 位置存储识别信息，建议每个 ID 的最高半字节为 Fh。

（三）设备 ID 字

设备 ID 字位于 3FFFFEh:3FFFFFh，可用于识别正在编程的设备类型，即使在代码或读保护后也能正常读取。

（四）单电源 ICSP 编程

配置寄存器 CONFIG4L 中的 LVP 位启用单电源（低压）ICSP 编程。该位默认从工厂设置为‘1’（启用），若将其编程为‘0’，则只能使用高压 ICSP 模式。

（五）在 HEX 文件中嵌入配置字和数据 EEPROM 信息

为了实现代码的可移植性，编程器需要从 hex 文件中读取配置字和数据 EEPROM 信息。在保存 hex 文件时，应包含这些信息，也可提供不包含这些信息的选项。

（六）校验和计算

校验和通过对所有代码内存位置的内容、配置字（适当屏蔽）和 ID 位置（如果任何块被代码保护）进行求和得到，取该和的最低 16 位作为校验和。

六、AC/DC 特性和时序要求

文档给出了编程/验证测试模式下的标准操作条件，包括各种电压、电流、时间参数的要求，如高电压编程电压、低电压编程电压、编程电流、输入输出电压等，这些参数对于正确编程和验证器件至关重要。

在实际应用中，我们需要根据具体的器件型号和应用场景，仔细选择合适的编程方法和参数，严格按照编程规范进行操作，以确保器件的正常工作。同时，对于代码保护等功能，要充分了解其原理和限制，以保护我们的知识产权。大家在编程过程中遇到过哪些问题呢？欢迎留言讨论。