MPLAB® ICE 2000处理器模块与设备适配器技术详解

在嵌入式开发领域，调试工具的性能和功能对项目的成功至关重要。MPLAB ICE 2000作为一款强大的调试工具，其处理器模块和设备适配器的设计与应用值得深入探讨。下面，我们就来详细了解一下MPLAB ICE 2000的相关技术。

文件下载：PIC12C508/JW.pdf

一、引言

处理器模块

MPLAB ICE 2000的处理器模块是可互换的个性模块，它能让MPLAB ICE 2000重新配置，以模拟不同的PICmicro®微控制器（MCUs）。这种模块化设计使得通过添加处理器模块和设备适配器，就能模拟多种不同的设备，构建出极具成本效益的多处理器仿真系统。

设备适配器

设备适配器同样可互换，它能使仿真系统与目标应用系统进行接口连接。适配器还具备控制逻辑，可让目标应用为处理器模块提供时钟源和电源，并且支持DIP、SDIP和PLCC封装的PICmicro MCUs。另外，配合设备适配器使用的过渡插座，能适配各种PICmicro MCU封装，如SOIC、SSOP、PQFP和TQFP封装。

二、MPLAB ICE 2000系统组成

MPLAB ICE 2000仿真系统

1. 主机到吊舱电缆

这是一条标准的并行接口电缆，MPLAB ICE 2000经过6英尺电缆的测试。虽然更长的电缆可能也能工作，但不保证其稳定性。该电缆连接到PC的并行端口，如果PC的LPT设备已连接打印机，建议安装额外的接口卡，而非使用分线器或A/B开关。

2. 仿真吊舱

仿真吊舱包含仿真内存和控制逻辑。MPLAB ICE 2000有主板和额外的扩展跟踪内存及复杂控制逻辑板。吊舱内没有可现场维修的部件，若需了解更多信息，可查看MPLAB IDE中的MPLAB ICE 2000在线帮助文件（Help>Topics）或MPLAB ICE 2000用户指南（DS51488）。MPLAB ICE 2000处理器模块需插入吊舱才能运行。

3. 处理器模块

处理器模块包含仿真芯片、逻辑和低压电路。模块外壳内的印刷电路板上没有可现场维修的部件。

4. 柔性电路电缆

当处理器模块插入仿真吊舱后，柔性电路电缆将仿真系统延伸到目标应用。这是一条定制电缆，安装在处理器模块外壳内，可通过移除模块外壳的端盖在现场进行更换。注意，切勿拉扯柔性电路电缆来移除处理器模块，应使用模块端盖的鳍片将其从吊舱中取出。由于柔性电缆存在寄生电容（高达120 pf），仿真器的模拟功能可能无法达到设备数据手册中规定的性能指标。

5. 设备适配器

设备适配器为被仿真的设备提供通用接口，有标准DIP和PLCC样式。它还包含一个特殊设备，能提供振荡器时钟，以精确模拟PICmicro MCU的振荡器特性。由于设备适配器上的组件需要目标电源，当使用仿真器电源且处理器模块未连接到目标时，应从柔性电路电缆上移除设备适配器，以消除I/O引脚的负载影响。

6. 过渡插座

过渡插座有多种样式，能使通用设备适配器连接到支持的表面贴装封装样式。它有不同的引脚数和间距，适用于SOIC、QFP等样式。如需了解更多信息，可查看MPLAB ICE 2000/4000过渡插座规格（DS51194）。

一个完整的仿真系统包括以下可单独订购的组件：

• 仿真吊舱（包括主机到吊舱电缆和电源）
• 处理器模块（包括柔性电路电缆）
• 设备适配器
• 可选的过渡插座（用于表面贴装仿真）

三、仿真器相关问题

MPLAB ICE 2000仿真器的一般限制可在在线帮助中找到，选择Help>Topics，然后在“Debuggers”下选择“MPLAB ICE 2000”。特定设备的限制可通过上述方法或选择Debugger>Settings，点击“Limitations”选项卡，再点击“Details”按钮来查找。你在实际使用中有没有遇到过一些特殊的限制情况呢？

四、处理器模块

1. 识别与支持处理器

处理器模块在组件顶部有标识（如PCM18XA0）。要确定特定模块支持哪些处理器，可参考MPLAB IDE安装目录中的“Readme for MPLAB ICE 2000.txt”文件或Microchip网站（www.microchip.com）上的最新产品选择指南（DS00148）。

2. 电源

2.1 大部分控制逻辑和缓冲的工作电压

处理器模块上大部分控制逻辑和缓冲的工作电压为 +5V，由仿真吊舱提供。仿真处理器及其周围部分缓冲的电源可由用户选择，可由仿真吊舱（仅 +5V）或目标应用系统（2.0V 至 5.5V）供电，这可通过MPLAB IDE软件进行配置。注意，仿真系统绝不会直接为目标应用系统供电，且必须先将处理器模块插入仿真吊舱，再为吊舱供电。

2.2 目标应用系统的电压情况

连接到目标应用系统时，即使目标应用电路尚未通电，目标应用上可能仍有电压，这是由于设备适配器的VCC存在电流泄漏，通常泄漏电流小于20 mA。若目标应用使用电压调节器，有些调节器需要在VIN和VOUT之间使用外部并联二极管进行反向偏置保护，具体可参考制造商的数据手册。

2.3 不同电源供应情况

• 仿真系统供电：若选择由仿真系统为处理器模块中的仿真处理器供电，仿真系统可以在不连接目标应用的情况下运行。若系统连接到目标应用，应先为吊舱供电，再为目标应用供电。当仿真系统通过设备适配器连接时，目标应用系统的VCC会有一个小的电流负载（典型值为10 mA），因为目标系统必须始终为处理器模块中的时钟芯片供电。
• 目标应用系统供电：启动MPLAB IDE软件时，仿真系统首先由仿真系统为仿真处理器供电。之后可通过设置对话框（Debugger>Settings）的“Power”选项卡选择“Processor Power Supplied by Target Board”，由目标板为处理器模块供电。使用外部电源时，处理器模块的电流负载通常相当于被仿真设备（根据其数据手册）加上约100 mA，且目标应用会影响处理器模块的总电流负载，具体取决于处理器I/O的负载情况。当处理器电源由目标应用系统提供时，还可提供外部时钟（来自目标板），但MPLAB IDE不允许在不使用外部电源的情况下使用外部时钟。

2.4 不同工作电压范围

• 4.6 至 5.5 伏：若目标应用系统的工作电压在4.55V（±120 mV）至5.5V之间，处理器模块将视为标准电压条件，此时处理器可运行到其最高额定速度（如数据手册所示）。推荐的上电顺序为：
  1. 为PC主机供电。
  2. 为仿真吊舱和处理器模块组件供电。
  3. 启动MPLAB IDE。
  4. 选择Debugger > Settings，点击“Power”选项卡，配置系统为“Processor Power Supplied by Target Board”。
  5. 出现错误消息时，为目标应用电路供电，然后确认错误。
  6. 继续操作前，从调试器菜单发出系统复位命令。
• 2.0 至 4.6 伏：若目标应用系统的工作电压在2.0V至4.55V（±120 mV）之间，处理器模块将视为低电压条件，此时处理器的速度受限，只能达到给定电压水平下的额定速度（如数据手册所示）。为减少目标系统的反向电流，推荐的上电顺序为：
  1. 为PC主机供电。
  2. 为仿真吊舱和处理器模块组件供电。
  3. 启动MPLAB IDE。
  4. 选择Debugger > Settings，点击“Power”选项卡，配置系统为“Processor Power Supplied by Target Board”。
  5. 出现错误消息时，为目标应用电路供电，然后确认错误。
  6. 继续操作前，从调试器菜单发出系统复位命令。
  7. 选择Debugger > Settings，点击“Power”选项卡，验证对话框显示“Low Voltage Enabled”，点击“Cancel”关闭对话框。

3. 工作频率

处理器模块支持被仿真设备的最大频率（除非在第3.0节“仿真器相关问题”中另有说明）。当工作电压低于4.5V时，PICmicro MCU设备的最大频率会显著降低。处理器模块支持的最小频率为32 kHz，在低频运行时，屏幕响应可能较慢。你在低频工作时遇到过哪些具体的问题呢？

4. 时钟选项

MPLAB ICE 2000支持内部和外部时钟。设置为内部时钟时，时钟由仿真吊舱内的内部可编程时钟提供；设置为外部时钟时，将利用目标应用系统的振荡器。

4.1 仿真器时钟源

可参考MPLAB IDE中的MPLAB ICE 2000在线帮助文件（Help>Topics）或MPLAB ICE 2000用户指南（DS51488）中的“Using the On-Board Clock”部分，来配置MPLAB IDE提供时钟源。

4.2 目标应用时钟源

若选择目标应用提供时钟源，则必须同时选择目标板为仿真处理器供电（可参考MPLAB IDE中的MPLAB ICE 2000在线帮助文件（Help>Topics）或MPLAB ICE 2000用户指南（DS51488）中的“Using a Target Board Clock”）。在低电压下，处理器的最大速度将限制在被仿真设备的额定速度。设备适配器上的振荡器电路为处理器模块生成时钟，并对目标板上的时钟电路进行缓冲，使MPLAB ICE 2000仿真器能紧密匹配实际设备的振荡器选项（除第3.0节“仿真器相关问题”中注明外，支持所有振荡器模式）。设备适配器的OSC1和OSC2输入有5 pF至10 pF的负载，在使用晶体（HS、XT、LP或LF模式）或RC网络（RC模式）时需注意。由于仿真器电路的原因，仿真的RC网络频率可能与实际设备有所不同，若需要特定频率，可调整RC值或让仿真器提供时钟。使用目标板时钟时，系统的工作电压在2.5V至5.5V之间。

5. ESD保护和电气过应力

所有CMOS芯片都易受静电放电（ESD）影响，处理器模块中CMOS仿真器的引脚直接连接到目标连接器，使芯片更易受ESD损害，ESD还可能导致CMOS芯片出现闩锁效应，造成过大电流并可能损坏芯片。MPLAB ICE 2000通过过流保护和瞬态抑制器来减少潜在损害，但在使用系统时仍需注意尽量减少ESD条件。在开发过程中，I/O引脚可能出现争用情况（如仿真器引脚驱动为‘1’，而目标板驱动为‘0’），长时间争用可能导致闩锁并损坏仿真器芯片。一种预防措施是在开发阶段在双向I/O引脚上使用限流电阻（约100 Ω），这也有助于避免因意外将电压源连接到目标板的I/O引脚而对模块、设备适配器和吊舱造成损坏。你在实际操作中有没有遇到过ESD问题呢？

6. 冻结模式

MPLAB ICE 2000系统允许在处理器停止时选择“冻结”外设操作或让其继续运行，此选项在MPLAB IDE中配置。除PCM16XA0外，所有处理器模块都支持冻结功能，该功能在断点处停止板载定时器时很有用，在断点和单步执行时，中断会被禁用。

五、设备适配器问题

1. 电流消耗

即使仿真处理器模块由仿真系统供电并运行内部时钟，设备适配器仍会从目标系统吸取最大10 mA的电流，这是因为设备适配器上的组件由目标板供电。

2. 特定设备适配器

2.1 DVA12XP080

适用于PIC12C50X 8引脚DIP设备，有四个机械开关，可将目标引脚GP2至GP5路由到PCM16XA0处理器模块上的仿真硅或设备适配器上的振荡器芯片。此外，一个24C00 EEPROM（U1）连接到仿真硅的RA0和RA1，以支持PIC12CE51X系列设备的EEPROM功能。如需了解如何使用EEPROM内存，可通过选择Debugger>Settings，点击“Limitations”选项卡，再点击“Details”按钮，查看MPLAB IDE中关于PCM16XA0（PIC12CE518/519）设备的特定于设备的限制信息。

2.2 DVA12XP081

适用于PIC12C67X 8引脚DIP设备，有两个机械开关，可将目标引脚GP4和GP5路由到PCM12XA0处理器模块上的仿真硅或设备适配器上的振荡器设备。

2.3 DVA14XP280

适用于PIC14000 28引脚DIP设备，有两个机械开关，可将目标引脚OSC1和OSC2路由到PCM14XA0处理器模块上的仿真硅或设备适配器上的振荡器设备。

2.4 DVA16XP140

适用于PIC16C505 14引脚DIP设备，有四个机械开关。其中两个开关可将目标引脚RB4和RB5路由到PCM16XA0处理器模块上的仿真硅或设备适配器上的振荡器设备；另外两个开关控制RB3和RC5信号的路由，RB3可以是通用输入或MCLR，RC5可以是通用I/O或驱动TOCKI输入。

2.5 DVA16XP182

适用于PIC16C712/716 18引脚DIP设备，有第二个振荡器设备，允许TIMER1振荡器输入范围为32 - 40 kHz。有四个机械开关，目标引脚RB1和RB2可路由到PCM16XE1处理器模块上的仿真硅或设备适配器上的TIMER1振荡器设备，目标引脚RB1路由到T1CKI，目标引脚RB3可以是通用输入或CCP1。

2.6 DVA17XXXX0

适用于PCM17XA0处理器模块支持的PICmicro MCU设备。在所有处于EC模式的处理器中，不支持OSC/4；而DVA17XXXX1设备适配器支持EC模式下的OSC/4。

2.7 仿真特定宽度引脚设备

仿真.600宽、28引脚的设备时，需要一个适配器将设备适配器上标准的.300宽插座转换为目标板上的.600宽插座，如Digi-Key部件号为A502-ND的适配器。

2.8 T1OSC跳线

一些设备适配器配备3引脚跳线，用于强制设备适配器启用/禁用Timer1振荡器电路。当跳线处于“ON”位置时，无论T1CON中的T1OSCEN位如何设置，设备适配器的Timer1振荡器电路始终启用；当跳线处于“OFF”位置时，设备适配器的Timer1振荡器电路由应用代码中的软件通过T1CON中的T1OSCEN位启用/禁用。需要注意的是，PCM16XB0/B1、PCM16XE0/E1、PCM16XK0和PCM16XL0不支持软件启用/禁用Timer1电路，必须使用跳线来启用或禁用该功能（可参考DVA16XP282、DVA16XP401、DVA16XL441和DVA16PQ441的表5 - 7）。

综上所述，MPLAB ICE 2000的处理器模块和设备适配器在设计上具有高度的灵活性和可配置性，但在使用过程中也需要我们注意诸多细节，只有这样才能充分发挥其性能，提高开发效率。你在使用MPLAB ICE 2000过程中还有哪些疑问或者经验可以分享呢？