برد PIC: ویژگی ها، خانواده های PIC، برنامه نویسی و اشکال زدایی

برد PIC یک برد مدار آماده است که از میکروکنترلر میکروچیپ PIC استفاده می کند. این سیستم شامل تنظیم توان، منبع ساعت، مدار ریست، پین های برنامه نویسی ICSP و اتصالات ورودی/خروجی پایه است. این مقاله خانواده های PIC، بلوک های سخت افزاری، گزینه های توانایی، هدرهای توسعه، راه اندازی MPLAB X، پشتیبانی اشکال زدایی و مقایسه پلتفرم ها را با جزئیات واضح توضیح می دهد.

۱. مروری بر هیئت مدیره PIC

برد PIC یک برد مدار آماده است که حول یک میکروکنترلر PIC میکروچیپ ساخته شده است. این سیستم شامل سخت افزار پشتیبانی لازم برای عملکرد پایدار است، مانند تنظیم توان، منبع کلاک، مدار بازنشانی، رابط برنامه نویسی و اتصالات ورودی/خروجی پایه.

هدف اصلی هیئت مدیره PIC، ساده سازی توسعه است. به جای ساخت هر مدار پشتیبان از صفر، برد نقطه شروع قابل اعتمادی برای تست فریمور، بررسی سیگنال ها و ساخت نمونه های اولیه فراهم می کند. این موضوع بردهای PIC را برای یادگیری، توسعه محصول و تست سیستم های کنترل مفید می کند.

۲. هسته میکروکنترلر PIC و خانواده های مورد استفاده در بردهای PIC

در مرکز هر برد PIC، میکروکنترلر PIC قرار دارد که فرم ویر را اجرا کرده و ورودی/خروجی برد را کنترل می کند. دستگاه های PIC از معماری هاروارد استفاده می کنند که در آن حافظه برنامه و حافظه داده جدا هستند. این امر به بردهای PIC کمک می کند تا زمان بندی قابل پیش بینی و رفتار پایدار را در برنامه های کنترلی ارائه دهند. بردهای PIC بسته به سطح عملکرد مورد نیاز، با خانواده های مختلف PIC عرضه می شوند:

• بردهای PIC16 برای وظایف کنترلی پایه و پروژه های کم هزینه مناسب هستند.

• بردهای PIC18 سرعت بهتر و تجهیزات جانبی داخلی بیشتری برای توسعه فراهم می کنند.

• بردهای dsPIC33 از قابلیت های پیشرفته زمان بندی و موتور/کنترل، از جمله پردازش سیگنال دیجیتال پشتیبانی می کنند.

• بردهای PIC32 عملکرد ۳۲ بیتی، حافظه بزرگ تر و پشتیبانی ارتباطی قوی تری ارائه می دهند.

۳. بلوک های سخت افزاری پایه روی برد PIC

۳.۱ تنظیم برق

برد PIC شامل تنظیم توان است تا ولتاژ میکروکنترلر PIC و سایر قطعات روی برد پایدار بماند. برق را از USB یا منبع DC خارجی می گیرد و آن را به یک منبع پایدار ۳.۳ ولت یا ۵ ولت تبدیل می کند. این کار باعث می شود برد روان کار کند و از مشکلات ناشی از برق ناپایدار جلوگیری کند.

منبع ساعت ۳.۲

منبع ساعت زمان بندی میکروکنترلر PIC را کنترل می کند. بسیاری از بردهای PIC از کریستال یا رزوناتور برای ایجاد ساعت ثابت سیستم استفاده می کنند. برخی بردها همچنین امکان جابجایی بین کلاک داخلی و کلاک خارجی را با استفاده از جامپرها یا تنظیمات فراهم می کنند، بسته به PIC و طراحی برد.

۳.۳ مدار ریست (MCLR)

مدار ریست به میکروکنترلر PIC کمک می کند تا هر بار که برق برقرار می شود، به درستی راه اندازی شود. اغلب شامل مقاومت پول آپ است و ممکن است خازن و دکمه ریست نیز داشته باشد. این تنظیمات پین ریست را پایدار نگه می دارد و اجازه می دهد یک دفترچه راهنمای تمیز در مواقع نیاز ریست شود.

۳.۴ هدر برنامه نویسی ICSP

بیشتر بردهای PIC دارای هدر ICSP هستند که مخفف برنامه نویسی سریال درون مدار است. این هدر سیگنال های اصلی برنامه نویسی و اشکال زدایی مورد نیاز برای بارگذاری کد در میکروکنترلر PIC را فراهم می کند. پین ها معمولا شامل MCLR/VPP، PGC، PGD، POWER و زمین هستند که به ابزارهایی مانند PICkit، MPLAB Snap یا ICD4 متصل می شوند.

۳.۵ ورودی و خروجی پایه برد

برد PIC اغلب قطعات پایه ورودی و خروجی مانند LEDها و دکمه های فشاری را از قبل نصب کرده است. این قطعات داخلی بررسی عملکرد برنامه و خواندن صحیح ورودی ها توسط PIC را آسان تر می کنند، بدون نیاز فوری به قطعات اضافی.

۳.۶ اجزای حفاظتی

برخی بردهای PIC قطعات محافظ اضافه می کنند تا از آسیب ناشی از مشکلات رایج الکتریکی جلوگیری کنند. این قطعات ممکن است شامل دیودها، فیوزها یا اجزای حفاظت گذرا باشند. آن ها به محافظت برد در برابر مشکلاتی مانند قطبیت معکوس، نوسانات برق یا تخلیه الکتریسیته ساکن روی خطوط برق و پین های ورودی/خروجی کمک می کنند.

۴. خانواده های برد PIC و انواع رایج پلتفرم ها

۴.۱ تخته های نانو کنجکاوی

بردهای نانو کنجکاوی، بردهای کوچک PIC هستند که با USB تغذیه می شوند. بسیاری از آن ها برنامه نویس و اشکال زدای داخلی دارند تا بتوانید کد آپلود کنید و برد PIC را بدون سخت افزار اضافی تست کنید. همچنین اتصال آن ها به مدارهای پایه آسان است.

۴.۲ تخته های کنجکاوی و سبک اکسپلورر

این بردهای PIC بزرگ تر هستند و پین ها و ویژگی های بیشتری را پشتیبانی می کنند. آن ها هدرها، جامپرها و کانکتورهای اضافی برای راه اندازی سریع دارند. بسیاری از نسخه ها از دستگاه های PIC16 و PIC18 پشتیبانی می کنند.

کیت های توسعه اکسپلورر 16/32

کیت های Explorer 16/32 از دستگاه های dsPIC و PIC32 پشتیبانی می کنند. آن ها از ماژول های پلاگین استفاده می کنند تا برد اصلی PIC بتواند با چیپ های مختلف کار کند. این موضوع پلتفرم را برای تست و اشکال زدایی انعطاف پذیر می کند.

۴.۴ کیت های کنترل موتور و کنترل قدرت

این بردهای PIC برای وظایف کنترل و تأمین برق ساخته شده اند. آن ها اغلب شامل درایورهای دروازه، قطعات حسگر جریان و ورودی های بازخورد هستند. بسیاری از آن ها از دستگاه های dsPIC برای زمان بندی پایدار و کنترل سریع استفاده می کنند.

۴.۵ بردهای PIC شخص ثالث

بردهای PIC شخص ثالث توسط برندها یا جوامع دیگر ساخته می شوند. آن ها ممکن است ویژگی های سخت افزاری اضافی اضافه کنند در حالی که همچنان از برنامه نویسی PIC از طریق MPLAB و ICSP پشتیبانی می کنند.

۵. گزینه های توان برد PIC و انتخاب ولتاژ 

بیشتر بردهای PIC می توانند از بیش از یک منبع تغذیه کار کنند. یکی از گزینه های رایج، برق USB است که برد ۵ ولت را از کامپیوتر یا آداپتور USB دریافت می کند. برد PIC سپس از یک رگولاتور داخلی استفاده می کند تا ولتاژ مناسب مورد نیاز میکروکنترلر PIC و سایر قطعات روی برد را تولید کند.

بسیاری از بردهای PIC همچنین از برق DC خارجی از طریق جک بشکه ای یا بلوک ترمینال پشتیبانی می کنند. این زمانی مفید است که برد به منبع تغذیه قوی تری نیاز دارد یا تنظیمات به کامپیوتر متصل نیست. برخی بردها جامپر یا سوئیچ هایی دارند که به شما اجازه می دهند بین برق USB و برق خارجی انتخاب کنید. این کنترل ها ممکن است به شما اجازه دهند منطق ۳.۳ ولت یا ۵ ولت را انتخاب کنید، بسته به نیاز میکروکنترلر PIC و قطعات متصل.

۶. هدرهای ورودی/خروجی برد PIC و اتصالات توسعه

• هدرهای شکسته GPIO: ردیف های هدرهای استاندارد پین 0.1 اینچی پورت های PIC مانند PORTA و PORTB را بیرون می آورند. این امکان را می دهد که سیم های جامپر را وصل کنید، کابل های پین را وصل کنید یا بردهای افزودنی را بدون لحیم کاری مستقیم به چیپ PIC وصل کنید.

• هدرهای ارتباطی: بسیاری از بردهای PIC دارای پین ها یا کانکتورهای اختصاصی برای سیگنال های ارتباطی مشترک هستند. این سیستم ها ممکن است از UART، SPI، I²C، CAN یا USB پشتیبانی کنند، بنابراین بردهای خارجی می توانند با چیدمان سیم کشی پایدار و سازمان یافته متصل شوند.

• پین های ورودی آنالوگ: پین های مجهز به آنالوگ با نام کانال های ADC خود برچسب گذاری می شوند و در صورت نیاز پین های مرجع را نیز شامل می شوند. این به شما کمک می کند سیگنال های آنالوگ را به درستی متصل کنید و از اشتباه گرفتن آن ها با پین های فقط دیجیتال جلوگیری کنید.

• رابط های PIM یا سوکت: برخی بردهای PIC رده بالاتر از یک سوکت یا شکاف به سبک PIM استفاده می کنند که یک ماژول پلاگین دستگاه PIC را نگه می دارد. این امکان را فراهم می کند که مدل PIC را تغییر دهید در حالی که برد پایه و کانکتورها همان باقی بمانند.

• کانکتورهای توسعه: برای پشتیبانی از افزونه ها، برخی بردهای PIC شامل هدرهای توسعه در چیدمان های استاندارد مانند فاصله پین به سبک آردوینو هستند. این به شما کمک می کند بردهای لوازم جانبی موجود را مجددا استفاده کنید و ویژگی های اضافی را با فرمت هدر آشنا متصل کنید.

۷. جریان کاری برنامه نویسی برد PIC در MPLAB X

۷.۱ نصب MPLAB X IDE

MPLAB X IDE نرم افزار اصلی مایکروچیپ برای نوشتن، ساخت و تست کد بردهای PIC است. این سیستم از بسیاری از خانواده های PIC پشتیبانی می کند و همه چیز را در یک فضای کاری پروژه نگه می دارد.

۷.۲ نصب کامپایلر XC صحیح

بردهای PIC به کامپایلر XC مناسب بر اساس نوع دستگاه PIC نیاز دارند. XC8 برای PIC های ۸ بیتی، XC16 برای PIC های ۱۶ بیتی و XC32 برای PIC های ۳۲ بیتی است. استفاده از کامپایلر مناسب به ساخت صحیح کد کمک می کند.

۷.۳ ایجاد پروژه جدید برد PIC

یک پروژه جدید داخل MPLAB X ایجاد کنید، سپس دقیقا همان میکروکنترلر PIC که روی برد خود استفاده می شود را انتخاب کنید. بعد از آن، برنامه نویس یا اشکال زدا را انتخاب کنید، مانند PICkit، Snap یا اگر اشکال زدا داخلی باشد.

۷.۴ پیکربندی تنظیمات PIC با استفاده از MCC

MPLAB Code Configurator (MCC) به راه اندازی ویژگی های مورد نیاز بدون تایپ دستی همه تنظیمات کمک می کند. می تواند ساعت، توابع پین، تایمرها، ADC و ماژول هایی مانند UART را پیکربندی کند و سپس کد راه اندازی پایه را به صورت خودکار تولید کند.

۷.۵ نوشتن و ساخت فریمور PIC در زبان C

برنامه تان را به زبان C بنویسید و آن را به فایلی تبدیل کنید که برد PIC بتواند اجرا کند. این مرحله شامل افزودن منطق اصلی برنامه و کنترل ویژگی هایی است که می خواهید استفاده کنید.

۷.۶ برنامه ریزی و اشکال زدایی از طریق ICSP

اکثر بردهای PIC از برنامه نویسی از طریق ICSP پشتیبانی می کنند. در MPLAB X، می توانید کد را فلش کنید، اجرا کنید، نقاط توقف تنظیم کنید و مقادیر متغیر را هنگام اجرای برنامه بررسی کنید.

۸. اشکال زدایی روی برد PIC و پشتیبانی ICSP

بسیاری از بردهای PIC از طریق ICSP با استفاده از ابزارهایی مانند PICkit یا دستگاه های ICD از اشکال زدایی پشتیبانی می کنند و برخی از بردها دارای سخت افزار اشکال زدایی داخلی هستند. اشکال زدایی امکان تست عمیق تر فراتر از برنامه نویسی پایه را فراهم می کند. با اشکال زدایی سخت افزاری، می توانید:

• تنظیم نقاط توقف برای توقف اجرای فریمور

• اجرای گام به گام کد

• پایش متغیرها و ثبات ها به صورت بلادرنگ

• بازنشانی و آزمایش مجدد رفتار در طول وقفه ها و رویدادهای زمان بندی

۹. مقایسه برد PIC با Arduino، STM32 و Raspberry Pi Pico

۱۰. چیدمان برد PIC و بررسی کیفیت ساخت 

• طراحی توان پایدار: برد باید تنظیم تمیز و فیلترینگ مناسب داشته باشد تا از ریست و نویز ADC جلوگیری شود.

• محل مناسب جداسازی: بردهایی با محل قرارگیری صحیح خازن عملکرد قابل اعتمادتری در هنگام بارگذاری سوئیچینگ فراهم می کنند.

• اتصال زمین محکم: یک چیدمان زمین خوب به کاهش نویز در خوانش های ADC و سیگنال های ارتباطی کمک می کند.

• اتصالات ICSP قابل دسترس: پین های ICSP که دسترسی به آن ها آسان است، برنامه نویسی و اشکال زدایی را سریع تر و منسجم تر می کنند.

• برچسب گذاری پین و هدرها شفاف: برچسب های شفاف اشتباهات سیم کشی را کاهش داده و نمونه سازی را تسریع می کنند.

• نقاط تست و پشتیبانی توسعه: بردهایی که دسترسی به تست دارند، تأیید ولتاژ، سیگنال ها و خطوط ارتباطی را آسان تر می کنند.

۱۱. نتیجه گیری

بردهای PIC یک میکروکنترلر PIC را با توان پایدار، زمان بندی، ریست، برنامه نویسی ICSP و اتصالات ورودی/خروجی داخلی ترکیب می کنند. آن ها از خانواده های مختلف PIC و انواع برد پشتیبانی می کنند، گزینه های USB یا برق خارجی را ارائه می دهند و از طریق هدرهای برچسب دار توسعه را فراهم می کنند. با کامپایلرهای MPLAB X، XC، MCC و اشکال زدایی ICSP، امکان تست پایدار و عیب یابی فراهم می شود.

۱۲. پرسش های متداول [پرسش های متداول]

۱۲.۱ آیا یک برد PIC می تواند یک چیپ PIC خالی را برنامه ریزی کند؟

بله، اگر برد از ICSP پشتیبانی کند یا سوکت/ماژولی برای آن چیپ داشته باشد.

۱۲.۲ آیا می توانم ماژول های ۵ ولت را به یک برد PIC ۳.۳ ولت وصل کنم؟

فقط اگر پین های ورودی/خروجی PIC مقاوم به 5V باشند. در غیر این صورت، از تغییر سطح استفاده کنید.

۱۲.۳ چرا برد PIC من حتی با اتصال USB برنامه ریزی نمی کند؟

علل رایج شامل کابل USB فقط برق، انتخاب نادرست ابزار، ولتاژ ناپایدار یا مسدود شدن پین های ICSP است.

۱۲.۴ آیا بردهای PIC برای کار در MPLAB X به درایور نیاز دارند؟

برخی این کار را می کنند. بردهایی که اشکال زدای داخلی دارند ممکن است نیاز به شناسایی درایورها داشته باشند.

۱۲.۵ چطور می توانم خوانش های ADC تمیزتری روی برد PIC داشته باشم؟

در صورت نیاز از سیم کشی کوتاه، اتصال زمین محکم و فیلترینگ استفاده کنید.

۱۲.۶ چه چیزی یک برد PIC را برای توسعه بلندمدت مناسب می کند؟

مستندات خوب، پشتیبانی فعال از MCU، طراحی توان پایدار و اشکال زدایی قابل اعتماد.