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PIC18F4520/50單晶片實務研習單晶片實務研習

使用僑高公司S-500實驗器

講師：杜勇進

1

講師：杜勇進

研習大綱

壹、PIC18F4520/50單晶片實務實驗貳、103年電腦硬體裝修乙級檢定講解與實作參、102年工科技藝競賽電腦修護題目講解與

實作

肆、Arduino 簡介與實作

2

2

單元壹：大綱

PIC18F4520/4550 簡介

環境建置環境建置

基礎實驗

PIC中斷架構PIC 計時器架構ADC架構繪圖型LCDVB6與4550溝通與實作

UART3

CH-S500 (89S51/52 & PIC18F4520/50)

4CHIRKAL

3

4550 VS 4520

5CHIRKAL

PIC18F4520主要特性1/2

• � Flash Memory : 32K Bytes (10 萬次的重寫次數)‧ Data RAM : 1536 Bytes� Data RAM : 1536 Bytes

‧� EEPROM : 256 Bytes (100 萬次重寫能耐)

‧� Timer : 4 組

‧� CCP Module : x 1

‧� Enhanced CCP : x 1

‧� 串列通訊 : EUSART，IIC (I2C)，SPI電壓比較器 2‧� 電壓比較器 : x 2

‧� AD轉換器 : 10-bit / 13CH

‧� Reset : POR，BOR，WDT，MCLR，Stack，Reset 指令

‧� I/O : 最多 36

6

4

PIC18F4520主要特性2/2

• 振盪模式– HS、XT、LP、HSPLL、EC 及 External RC– � HS、XT、LP、HSPLL、EC 及 External RC

• � 內建 RC 震盪 31KHz ~ 8MHz (具8種頻率選擇)• � 可使用 x4 PLL• � Clock Failure Monitoring• � Extended WDT : 4ms ~131Sec.• Programmable BOR (Software Enable)• � Programmable BOR (Software Enable)• � Power Done Mode• � Run、Idle、Sleep Mode

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PIC18F4550主要特性

• 28/40/44-Pin, • High-Performance, • Enhanced Flash,• USB Microcontrollers with nanoWatt

Technology

8

5

Universal Serial Bus Features• USB V2.0 Compliant• Low Speed (1.5 Mb/s) and Full Speed (12 Mb/s)Low Speed (1.5 Mb/s) and Full Speed (12 Mb/s)• Supports Control, Interrupt, Isochronous(同步) and Bulk(

大批) Transfers• Supports up to 32 Endpoints (16 bidirectional)• 1-Kbyte Dual Access RAM for USB• On-Chip USB Transceiver with On-Chip Voltage

RegulatorRegulator• Interface for Off-Chip USB Transceiver• Streaming Parallel Port (SPP) for USB streaming

transfers (40/44-pin devices only)::

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Power-Managed Modes• Run： CPU on， peripherals on

Idl CPU ff i h l• Idle ： CPU off ， peripherals on• Sleep ： CPU off ， peripherals off• Idle mode currents down to 5.8 μA typical• Sleep mode currents down to 0.1 μA typical• Timer1 Oscillator ： 1.1 μA typical ， 32 kHz ， 2Vμ yp• Watchdog Timer ： 2.1 μA typical• Two-Speed Oscillator Start-up

10

6

Flexible Oscillator Structure• Four Crystal modes, including High Precision PLL

for USBfor USB• Two External Clock modes, up to 48 MHz• Internal Oscillator Block:

- 8 user-selectable frequencies, from 31 kHz to 8 MHz- User-tunable to compensate for frequency drift

• Secondary Oscillator using Timer1 @ 32 kHzDual Oscillator options allow microcontroller and• Dual Oscillator options allow microcontroller and USB module to run at different clock speeds

• Fail-Safe Clock Monitor:- Allows for safe shutdown if any clock stops

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Peripheral Highlights1/2• High-Current Sink/Source: 25 mA/25 mA• Three External Interrupts Three External Interrupts• Four Timer modules (Timer0 to Timer3)• Up to 2 Capture/Compare/PWM (CCP) modules:

- Capture is 16-bit, max. resolution 5.2 ns (TCY/16)- Compare is 16-bit, max. resolution 83.3 ns (TCY)- PWM output: PWM resolution is 1 to 10-bit

• Enhanced Capture/Compare/PWM (ECCP) module:p p ( )- Multiple output modes - Selectable polarity- Programmable dead time- Auto-shutdown and auto-restart

12

7

Peripheral Highlights2/2• Enhanced USART module:

- LIN bus support- LIN bus support• Master Synchronous Serial Port (MSSP) module

supporting 3-wire SPI (all 4 modes) and I2CMaster and Slave modes

• 10-bit, up to 13-channel Analog-to-Digital Converter module (A/D) with ProgrammableConverter module (A/D) with Programmable Acquisition Time

• Dual Analog Comparators with Input Multiplexing

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Special Microcontroller Features1/2

• C Compiler Optimized Architecture with optional Extended Instruction SetExtended Instruction Set

• 100,000 Erase/Write Cycle Enhanced Flash Program Memory typical

• 1,000,000 Erase/Write Cycle Data EEPROMMemory typicalFl h/D t EEPROM R t ti > 40• Flash/Data EEPROM Retention: > 40 years

• Self-Programmable under Software Control• Priority Levels for Interrupts

14

8

Special Microcontroller Features2/2

• 8 x 8 Single-Cycle Hardware Multiplier• Extended Watchdog Timer (WDT): Extended Watchdog Timer (WDT):

- Programmable period from 41 ms to 131s• Programmable Code Protection• Single-Supply 5V In-Circuit Serial

Programming™ (ICSP) via two pins• In-Circuit Debug (ICD) via two pins• Optional dedicated ICD/ICSP port (44-pin

devices only)• Wide Operating Voltage Range (2.0V to 5.5V)

15

相關系列差別

16CHIRKAL

9

PIC18F4550 架構圖 (一)

17CHIRKAL

PIC18F4550 架構圖 (二)

18CHIRKAL

10

接腳圖

PA: 0 ~ 6 PB: 0 ~ 7PC 0 6PC: 0 ~ 6PD: 0 ~ 7PE: 0 ~ 3 32+4=36 IO腳Vdd 2，

Vss 2

19CHIRKAL

4550 VS 4520

20CHIRKAL

11

PIC18F4520 程式位置配置

21CHIRKAL

IO Port規劃

建議使用LATx暫存器進行位元運算的操作

22CHIRKAL

12

為何要加入 LATx 的暫存器

• 消除 Read-Modify-Write 動作的風險

23

Oscillator Types

24CHIRKAL

13

大綱

PIC18F4520/4550 簡介

環境建置環境建置

基礎實驗

PIC中斷架構PIC 計時器架構ADC架構繪圖型LCDVB6與4550溝通與實作

UART25

環境建置

• 軟體– MPLAB_IDE_8_92– mplabc18-v3.46-windows-lite-installer.exe

• 硬體– PICkit2(燒錄)

PICkit3– PICkit3– ICD2(除錯、單步執行)– ICD3

26

14

CH-S500 (89S51/52 & PIC18F4520/50)

27CHIRKAL

上機步驟

建專案：選元件

28

15

選 C18 編譯器

29CHIRKAL

選擇專案位置及專案名稱

假設目錄為MyPIC\Lab1，專案名稱Hello

30

16

編輯原始程式

31CHIRKAL

建置(Build)

CHIRKAL32

CHIRKAL

17

設定燒錄器1/2

33

設定燒錄器2/2

34CHIRKAL

18

燒錄與執行

拿一條8 Pin 排線，RD(Port D)接至 LED

35

OSCCON: OSCILLATOR CONTROL REGISTER

36CHIRKAL

19

ADCON1: A/D CONTROL REGISTER 1

37CHIRKAL

大綱

PIC18F4520/4550 簡介

環境建置環境建置

基礎實驗

PIC18F中斷架構PIC18F計時器架構ADC架構繪圖型LCDVB6與4550溝通與實作

UART38

20

基礎實驗

• Lab1 ：LED閃爍• Lab2 ：按鍵控制LED花樣變化• Lab3 ：七段顯示器• Lab4 ：文字型LCD• Lab5 ：LCD +鍵盤• Lab6 ：8*8點矩陣• Lab7 ：步進馬達

39

組態位元

40CHIRKAL

21

大綱

PIC18F4520/4550 簡介

環境建置環境建置

基礎實驗

PIC18F中斷架構PIC18F 計時器架構ADC架構繪圖型LCDVB6與4550溝通與實作

UART41

PIC18F中斷架構

• 18F4520/50有兩個中斷向量點高優先權 >中斷向量位址0x0008– 高優先權==>中斷向量位址0x0008

– 低優先權==>中斷向量位址0x0018• 每個中斷源均可選擇其中斷優先權（二選一）• 每個中斷源均有獨立的中斷旗標(Flag)• 中斷旗標的清除==>自行用軟體清除• 每個中斷源均可Enable或Disable• 當然PIC18系列也可設定與PIC16Fxxx系列的中斷相容（關掉優先權的設定）

42

22

中斷優先權示意圖

43CHIRKAL

High Priority Interrupt Generation

44

23

Low Priority Interrupt Generation

45

中斷事件訊號

• 外部中斷：INT0，INT1，INT2• PORT B改變• TIMER 0• 週邊裝置：

– PSP(Parallel Slave Port)– AD(A/D Conversion)– RC(USART Receive)– TX(USART Transmit)– SSP(Master Synchronous Serial Port)– CCP1(Capture Compare PWM 1)– OSC(OScillator)– CM(Comparator)– EE(Data EEPROM/Flash Write Operation)– BCL(Bus Collision)– HLVD(High/LowVoltage Detect)– TMR3(Timer3)– CCP2(Capture Compare PWM 2)– USB

46

24

相關暫存器

• RCON：重置控制暫存器• INTCON：中斷控制暫存器1 • INTCON2：中斷控制暫存器2• INTCON3：中斷控制暫存器3• PIR1，PIR2：週邊裝置中斷旗號暫存器• PIE1，PIE2：週邊裝置中斷致能暫存器• IPR1，IPR2：中斷優先設定暫存器

47

interrupt source control bits

Each interrupt source has three bits to t l it ti Th f ti fcontrol its operation. The functions of

these bits are:– Flag bit to indicate that an interrupt event

occurred– Enable bit that allows program execution to

branch to the interrupt vector address when the flag bit is set

– Priority bit to select high priority or low priority

48

25

高優先中斷及其 ISR 的設定範例

49CHIRKAL

中斷的前置設定

50CHIRKAL

26

中斷處理程式 (ISR) 注意事項‧中斷函數無法傳遞參數

‧中斷所使用到的變數需加入 volatile 的宣告‧中斷所使用到的變數需加入 volatile 的宣告

‧中斷函數儘量不要使用 Local 變數，影響中斷響應時間

‧ISR 應越短越好，不要做太多的處理，可以設定Flag 後交給主程式處理

‧許多運算都會用到 tmpdata 節區，若 ISR 中有許多運算都會用到 tmpdata 節區 若 ISR 中有複雜的計算 (乘、除、比較的運算)，就必須要save tmpdata 這個節區，避免與主程式的暫存資料相衝突。

‧新版的 C18，會自動儲存 tempdata51

中斷實驗

Lab1 ：INT0中斷Lab2 ：INT1中斷Lab3 ：巢狀中斷Lab4 ：多個同層中斷INT1_INT2

52

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大綱

PIC18F4520/4550 簡介

環境建置環境建置

基礎實驗

PIC中斷架構PIC 計時器架構ADC架構繪圖型LCDVB6與4550溝通與實作

UART53

PIC18F 計時器架構

• Timer0：8/16 bit Counter• Timer1：16 bit Counter• Timer2：8 bit Counter及8 bit 週期暫存器• Timer3 ：16 bit Counter(同 Timer1)

54

28

Timer0

• 8/16 bit Counter (16-bit mode 時，TMR0H 會在讀寫 TMR0L 時才真正的被讀TMR0H 會在讀寫 TMR0L 時才真正的被讀出或寫入 Timer0)

• 3 bit Prescaler(最大預除256)• 外部／內部來源溢位產生中斷• 溢位產生中斷

• 正緣／負緣

55

TIMER0 BLOCK DIAGRAM (8-BIT MODE)

56CHIRKAL

29

TIMER0 BLOCK DIAGRAM(16-BIT MODE)

57CHIRKAL

Timer0相關暫存器

58CHIRKAL

30

Timer1 • 16 bit Counter(由兩個可讀/寫的 8-bit 計數器串聯而成)• 2 bit Prescaler (預除器有四種選擇 ：1， 2，4，or 8最

大預除(

大預除8)• 外部／內部來源• 正緣／負緣• 可由CCP模組重置的特殊事件觸發• 16-bit 模式的計數器或計時器

三種功能：計時器，同步模式計數器 ，非同步模式計數器( 睡眠模式下使用非同步時序喚醒 )( 睡眠模式下使用非同步時序喚醒 )

• 專用石英振盪電路可作為外部計數時序或第二系統時序 ( System Clock ) 選擇

• 當計數器或計時器產生溢位時 FFFFh to 0000h，即產生中斷

59

TIMER1 BLOCK DIAGRAM

60CHIRKAL

31

Timer1相關暫存器

61CHIRKAL

Timer 2 • 8 bit Counter• 8 bit 週期暫存器• 8 bit 週期暫存器• 2 bit Prescaler (最大預除16)• 4 bitPostscaler (最大預除16)• 外部／內部來源• 溢位產生中斷當PR2符合TMR2內容產生中斷信號• 當PR2符合TMR2內容產生中斷信號

• MSSP(SPI)模組可選擇使用TMR2輸出產生時序移位脈波

62

32

Timer 2• 8-bit 採比較模式的計時器有預除器及後除器之功能• 有預除器及後除器之功能

• TMR2 為一可讀 、寫並具有自動載入功能• 計時器(TMR2)會自動加一並與設定的值 (PR2)相比；若相等則送出訊號至後除器或產生中斷，並自動將計時器 (TMR2) 清除為零，重新計時

• PWM 模式下 是 Period & Duty 的基本頻率• 也可以當成MSSP(SPI) 傳送速率的設定

63

TIMER2 BLOCK DIAGRAM

64CHIRKAL

33

Timer2相關暫存器

65CHIRKAL

Timer3

• 16 bit Counter• 2 bit Prescaler (最大預除8)• 外部／內部來源• 溢位產生中斷• 正緣／負緣• 可由CCP模組重置的特殊事件觸發

66

34

TIMER3 BLOCK DIAGRAM

67CHIRKAL

Timer3相關暫存器

68CHIRKAL

35

CCP MODE – TIMER RESOURCE

69

Timer實驗• Lab1：Timer0 計時(0.524ms)

L b2 Ti 0 計時(0 5 )• Lab2：Timer0 計時(0.5sec)• Lab3：Timer1 計時—0.5sec• Lab4：利用C18函數庫• Lab5：Timer0與INT0中斷• Lab6：Timer0 計數中斷• Lab7：四位數七段多工掃描• Lab8：鍵盤掃描與四位數七段• Lab9：PWM

70

36

大綱

PIC18F4520/4550 簡介

環境建置環境建置

基礎實驗

PIC中斷架構PIC 計時器架構ADC架構繪圖型LCDVB6與4550溝通與實作

UART71

ADC• 使用 SAR 的轉換方式 ( 須設定 TAD )

13 組類比轉換多工輸入選擇 10 bit 解析度• 13 組類比轉換多工輸入選擇，10 bits 解析度• 類比輸入取樣時間：2.4 µS (信號源阻抗

37

ADC相關暫存器

• A/D Result High Register (ADRESH)• A/D Result Low Register (ADRESL)• A/D Control Register 0 (ADCON0)• A/D Control Register 1 (ADCON1)• A/D Control Register 2 (ADCON2)

73

ADCON0: A/D CONTROL REGISTER 0

74

38

ADCON1: A/D CONTROL REGISTER 1

75CHIRKAL

PIC18F4520 ADC 方塊圖

76CHIRKAL

39

C18--ADC 函數

• OpenADC • SetChanADC • SelChanConvADC • ConvertADC• BusyADC• ReadADC• CloseADC

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OpenADC

config1 = ADC_FOSC_32 |ADC RIGHT JUST | ADC 2 TADADC_RIGHT_JUST | ADC_2_TAD ;

config2 = ADC_CH0 | ADC_INT_OFF |ADC_REF_VDD_VSS ;

portconfig = ADC_2ANA ; // analog: AN0->1 and remaining channels are digital// analog: AN0 1 and remaining channels are digital

OpenADC(config1, config2, portconfig);

78

40

ADC實驗

Lab1：光敏電阻的電壓顯示在LCDLab2：光線控制步進馬達轉動

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大綱

PIC18F4520/4550 簡介

環境建置環境建置

基礎實驗

PIC中斷架構PIC 計時器架構ADC架構繪圖型LCDVB6與4550溝通與實作

UART80

41

JXD12864-13A LCM內部方塊圖

81CHIRKAL

並列時序圖

82CHIRKAL

42

串列時序圖

83

Reset Timing

84CHIRKAL

43

模組內部架構圖

85

命令解釋Display ON/OFF

CHIRKAL86

CHIRKAL

44

Display Start line Set

CHIRKAL87

CHIRKAL

Page Address Set

CHIRKAL88

CHIRKAL

45

Column Address Set

89CHIRKAL

Display Data Write /Read

90CHIRKAL

46

接腳介面說明

91CHIRKAL

硬體連接方式(並列方式)

92CHIRKAL

47

硬體連接方式(串列方式)

93CHIRKAL

串列模式發送資料

94CHIRKAL

48

95

相關副程式

• void delay1ms(int count);• void GLCD_DataSend(unsigned char ByteData);

void GLCD init so64128(void);• void GLCD_init_so64128(void);• void GLCD_wbyte(unsigned char ByteData); //寫入1個BYTE• void GLCD_clear_screen(); //清除繪圖型LCD//在某位置顯示一16*16字型• void GLCD_display_chinese_position(unsigned char *p, unsigned

char page_no, unsigned char y); //在某位置清除一16*16字型• void GLCD_clear_chinese_position(unsigned char page_no,

unsigned char y);unsigned char y); //在某位置顯示一5*7字型• void GLCD_display_number_position(unsigned char *p, unsigned

char page_no, unsigned char y); //在某位置清除一5*7字型• void GLCD_clear_number_position(unsigned char *p, unsigned

char page_no, unsigned char y); 96

49

編碼方式

配合Sunpls DM字型轉碼器可將圖形文字轉為數位編碼 其編碼方式可分為U t d數位編碼，其編碼方式可分為Up to down，Left to Right(由上至下，由左至右)以及Down to up，Left to Right (由下至上，由左至右)兩種編碼方式，在以下的範例中將介紹Up to Down ，Left to Right以及Down to Up ，Left to Right的編碼方式。

97

up to down left to right編碼方式

LSB1HSB0

LSB0

1byte 1 3 5 7up to down left to right編碼方式：

由上至下由左至右，因此第1個byte先被編碼出來，接下來為2、3、4…接著編碼，若把16*16點矩陣由中間切開我們

2

HSB1

1byte 4 616*16點矩陣由中間切開我們便能發現上排圖形由字碼1、3、5、7…所構成，下排則由2、4、6、8…所構成。

98

50

down to up left to right 編碼方式

2

LSB0HSB1

LSB1

1byte 4 6down to up left to right 編碼方式：

由下至上由左至右，因此第1個byte先被編碼出來，接下來為2、3、4…接著編碼，若把16*16點矩陣由中間切開我們

1 3

HSB0

1byte 5 716*16點矩陣由中間切開我們便能發現上排圖形由字碼2、4、6、8…所構成，下排則由1、3、5、7…所構成。

99

編碼差異

Up to down，Left to Right(由上至下，由左至右)以及DownUp to down，Left to Right(由上至下，由左至右)以及Down to up，Left to Right (由下至上，由左至右)兩種編碼方式的差異在於起始編碼位置不同，由此可知Up to down，Left to Right的編碼方式其位置1、3、5、7…可構成上半截圖型，2、4、6、8…則構成下半截圖形；Down to up，Left to Right則反之其位置2、4、6、8…可構成上半截圖型，1、3、5、7…則構成下半截圖形。下半截圖形

PS：我們所使用編碼方式為Down to Up，Left to Right。

100

51

128*64繪圖型LCD ¼圖形解析64 bit

X軸由第0bit

1 2 3 4page0

page1

1byte

1byte

16 bit 16 bit一16*16文字圖形所佔面積Y軸

5 6 7 8page2

page3

由上圖得知我們若欲寫入一16*16文字則起始位置由Y軸page0開始，X軸由第0bit開始，寫完1若欲寫2則X軸由第16bit接續寫入。 101

山-文字圖形編碼文字圖形編碼格式介紹 後

left to rightLSB1

先

down to up 綠色為 0 白色為 1以第二行0x7f為例

0111 1111HSB0

LSB0HSB1

編碼方式以down to up left to right所編出的字碼為：0x00,0x00,0x7f,0xf0,0x40,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,0x7f,0xfe,0x40,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,0x40,0x00,0x7f,0xf0,0x00,0x00,0x00,0x00

0x7f,0xf00111 1111

102

52

山-文字圖形編碼文字圖形編碼格式介紹 後

left to rightLSB0

先

up to down 綠色為 0 白色為 1以第二行0x7f為例

0111 1111HSB1

LSB1HSB0

編碼方式以up to down left to right 所編出的字碼為：0x00,0x00,0x0f,0xfe,0x00,0x02,0x00,0x02,0x00,0x02,0x00,0x02,0x00,0x02,0x7f,0xfe,0x00,0x02,0x00,0x02,0x00,0x02,0x00,0x02,0x00,0x02,0x0f,0xfe,0x00,0x00,0x00,0x00

0x0f,0xfe0111 1111

103

104

CHIRKAL

53

圖形編碼方式

105CHIRKAL

tu.c

106CHIRKAL

54

繪圖型LCD實驗

Lab1：一個中文字Lab2：四個中文字Lab3：阿拉伯數字及英文

107

大綱

PIC18F4550 簡介

環境建置

基礎實驗

VB6與PIC18F4550 USB 溝通與實作

108

55

大綱

PIC18F4520/4550 簡介

環境建置環境建置

基礎實驗

PIC中斷架構PIC 計時器架構ADC架構繪圖型LCDVB6與4550溝通與實作

UART109

VB初始畫面

• 偵測到USB

110

56

VB PIC

111CHIRKAL

HardwareProfile.h

112CHIRKAL

57

PIC 端的main

113CHIRKAL

PIC 要處理部份

114CHIRKAL

58

輸出入緩衝區

• VB輸出– OutputReportData(128)– SendBuffer()

• VB輸入ReadB ffer()– ReadBuffer()

115

VB要處理部份

116CHIRKAL

59

大綱

PIC18F4520/4550 簡介

環境建置環境建置

基礎實驗

PIC中斷架構PIC 計時器架構ADC架構繪圖型LCDVB6與4550溝通與實作

UART117

UART簡介

• PortC.6 for Tx• PortC.7 for Rx• 相關暫存器

– TXSTA, RCSTA, BAUDCON– Baud rate計算

TXREG 傳送暫存器– TXREG 傳送暫存器– RCREG 接收暫存器

118

60

UART實驗

Lab1：輪詢式傳送 -- 利用C18函數

Lab2：中斷式接收 -- 低優先權中斷

Lab3：PC端控制LED花樣變化

119

參考資料

• Microchip RTC講義 CCOM3101T v1.1.pdf• http://www.waitingforfriday.com/index.php/

Building_a_PIC18F_USB_device• http://www.rakeshmondal.info/• MPLAB C18 Compiler User’s Guide &

LibraryLibrary• Microchip RTC講義 TLS2118_TW.pdf• http://120.114.77.133/notes/CH-S500/index.htm

120

61

謝謝聆聽，敬請指教!!

121