PIC18F2XXX/4XXX系列闪存微控制器编程规范解析

一、引言

今天我们来深入探讨PIC18F2XXX/4XXX系列闪存微控制器的编程规范。这个系列包含了众多型号的设备，这些设备广泛应用于各种电子系统中。了解其编程规范，对于电子工程师来说至关重要，有助于我们更好地进行硬件设计和开发。

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二、设备概述

该文档涵盖了一系列PIC18F2XXX/4XXX系列的设备，例如PIC18F2221、PIC18F4221等众多型号。这些设备在不同的应用场景中发挥着重要作用。

三、编程概述

3.1 编程方法

PIC18F2XXX/4XXX系列设备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设备进行操作。低压ICSP方法与高压方法略有不同，在适用的地方会特别说明。

3.2 硬件要求

3.2.1 高压ICSP模式

在高压ICSP模式下，PIC18F2XXX/4XXX系列设备需要两个可编程电源，一个用于VDD，一个用于MCLR/VPP/RE3。这两个电源的最小分辨率应为0.25V。更多硬件参数可参考第6.0节“编程/验证测试模式的交/直流特性时序要求”。

3.2.2 低压ICSP编程

在低压ICSP模式下，PIC18F2XXX/4XXX系列设备可以使用工作范围内的VDD源进行编程。MCLR/VPP/RE3不需要设置为不同的电压，可保持正常工作电压。同样，更多硬件参数可参考第6.0节。

3.3 引脚图

文档中给出了PIC18F2XXX/4XXX系列不同封装类型（如28引脚SPDIP、PDIP、SOIC、SSOP、QFN，40引脚PDIP，44引脚TQFP、QFN）的引脚图。不同封装类型的引脚排列有所不同，在进行硬件设计时，需要根据具体的设备封装来正确连接引脚。例如，在28引脚SPDIP封装中，MCLR/VPP/RE3位于第1引脚，RB7/PGD位于第2引脚等。

3.4 内存映射

不同型号的PIC18F2XXX/4XXX系列设备的代码内存空间大小和布局有所不同。

• PIC18FX6X0设备的代码内存空间从0000h到0FFFFh（64 Kbytes），分为四个16 - Kbyte块。
• PIC18FX5X5设备的代码内存空间从0000h到0BFFFFh（48 Kbytes），分为三个16 - Kbyte块。
• 对于PIC18F2685/4685设备，代码内存空间从0000h到017FFFh（96 Kbytes），分为五个16 - Kbyte块；PIC18F2682/4682设备的代码内存空间从0000h到0013FFFh（80 Kbytes），分为四个16 - Kbyte块。
• 其他型号如PIC18FX5X0/X5X3、PIC18FX4X5/X4X8、PIC18FX4X0/X4X3、PIC18F2480/4480、PIC18F2580/4580、PIC18F2221/4221、PIC18F2321/4321等也都有各自特定的代码内存空间布局。

此外，还有三个可通过表读取和表写入访问的块，包括用于存储识别信息的ID寄存器（地址为200000h - 200007h）、用于配置位的地址（300000h - 30000Dh）以及用于设备ID位的地址（3FFFFEh和3FFFFFh）。这些信息即使在代码保护应用后也能正常读出。

3.5 编程过程概述

编程过程的高级概述如下：首先进行整体擦除（Bulk Erase），然后对代码内存、ID位置和数据EEPROM（部分设备支持，详见第3.3节“数据EEPROM编程”）进行编程，接着验证这些内存以确保编程成功。如果没有检测到错误，再对配置位进行编程和验证。

3.6 进入和退出编程验证模式

3.6.1 高压ICSP编程/验证模式

进入高压ICSP编程/验证模式时，需将PGC和PGD保持低电平，然后将MCLR/VPP/RE3升高到VIHH（高电压）。进入该模式后，可以串行访问和编程代码内存、数据EEPROM（部分设备）、ID位置和配置位。退出该模式有相应的序列。进入该模式时，所有未使用的I/O会处于高阻抗状态。

3.6.2 低压ICSP编程/验证模式

当LVP配置位为‘1’时，低压ICSP模式启用。进入低压ICSP编程/验证模式时，需将PGC和PGD保持低电平，PGM置为逻辑高电平，然后将MCLR/VPP/RE3升高到VIH。在该模式下，RB5/PGM引脚专门用于编程功能，不再是通用I/O引脚。退出该模式也有对应的序列，进入模式时同样会使所有未使用的I/O处于高阻抗状态。

3.7 串行编程/验证操作

3.7.1 4位命令

所有指令为20位，由一个4位命令和一个16位操作数组成。编程和验证所需的命令如下表所示：	描述	4位命令
核心指令（移入16位指令）	0000
移出TABLAT寄存器	0010
表读取	1000
表读取，后递增	1001
表读取，后递减	1010
表读取，预递增	1011
表写入	1100
表写入，后递增2	1101
表写入，开始编程，后递增2	1110
表写入，开始编程	1111

3.7.2 核心指令

核心指令将一个16位指令传递给CPU核心执行，这对于为其他命令设置适当的寄存器是必要的。

3.8 专用ICSP/ICD端口（仅44引脚TQFP）

PIC18F4455/4458/4550/4553的44引脚TQFP设备支持一个备用编程输入：专用ICSP/ICD端口。该端口的主要目的是提供备用的在线调试（ICD）选项，并释放通常用于调试应用程序的引脚（RB6、RB7和MCLR）。设置ICPRT配置位可启用该专用端口，它的功能与默认的ICSP/ICD端口相同，但使用的是备用引脚。

四、设备编程

4.1 ICSP擦除

4.1.1 高压ICSP整体擦除

擦除代码或数据EEPROM可通过配置位于3C0004h和3C0005h的两个整体擦除控制寄存器来完成。代码内存可以部分擦除，也可以一次性擦除整个设备。整体擦除操作还会清除与被擦除内存块相关的任何代码保护设置。具体的擦除选项如下表所示：	描述	(3C0005h:3C0004h) 数据
芯片擦除	3F8Fh
擦除数据EEPROM（部分设备）	0084h
擦除引导块	0081h
擦除配置位	0082h
擦除代码EEPROM块0	0180h
擦除代码EEPROM块1	0280h
擦除代码EEPROM块2	0480h
擦除代码EEPROM块3	0880h
擦除代码EEPROM块4	1080h
擦除代码EEPROM块5	2080h

4.1.2 低压ICSP整体擦除

使用低压ICSP时，如果要执行整体擦除，部件必须由参数D111指定的电压供电。其他整体擦除细节与高压ICSP整体擦除相同。如果需要在低于整体擦除限制的电源电压下进行程序内存擦除，可参考第3.1.3节“ICSP行擦除”和第3.2.1节“修改代码内存”的擦除方法；如果需要在低于整体擦除限制的电源电压下进行数据EEPROM擦除（部分设备），可遵循第3.3节“数据EEPROM编程”的方法并向数组写入‘1’。

4.1.3 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字节的数据）。行位于静态边界，从程序内存地址000000h开始，延伸到内部程序内存限制。行擦除持续时间由外部定时，由PGC控制。在设置EECON1中的WR位后，发出一个NOP指令，其中第4个PGC在编程时间P9内保持高电平。PGC拉低后，编程序列终止。PGC必须在参数P10指定的时间内保持低电平，以允许内存阵列的高压放电。

五、总结

PIC18F2XXX/4XXX系列闪存微控制器的编程规范涵盖了设备的各个方面，包括编程方法、硬件要求、引脚图、内存映射、编程过程、进入和退出模式以及擦除操作等。电子工程师在使用这些设备进行硬件设计和开发时，需要仔细研究这些规范，确保正确地对设备进行编程和操作。大家在实际应用中遇到过哪些与编程规范相关的问题呢？欢迎在评论区分享交流。