探索Microchip低引脚数USB开发套件：开启USB设计新征程

电子工程师在进行USB相关设计时，合适的开发套件至关重要。Microchip的低引脚数USB开发套件为我们提供了一个便捷、低成本的途径来评估其PIC18F1XK50和PIC16F145X USB微控制器的功能。下面，让我们深入了解这个开发套件。

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一、套件概述

1.1 开发套件的价值

Microchip低引脚数USB开发套件为USB设计提供了硬件开发平台，能加速从概念到原型的设计过程。它与Microchip应用库（MLA）中的大量USB固件、软件、驱动程序和实用程序紧密结合，为开发完整的USB应用提供了所需的源代码。

1.2 套件内容

• 一块完全组装好的低引脚数USB开发板。
• 一个PIC18F14K50 ICD扩展头。
• 一片PIC16F1459样品芯片。
• 一个PICkit™ 3调试器/编程器（部分套件包含）。
• 一个DB9零调制解调器迷你适配器。
• 10针公对公接头。
• 一根USB A到迷你B电缆。
• 快速入门指南。

1.3 开发板构造与布局

开发板上有众多关键组件，如USB迷你B连接器、PICkit 2/3风格的ICSP™编程头、连接到PORTC的LED、PIC18F1XK50或PIC16F1459微控制器等。需要注意的是，J2 - J5、J7、J8、J10和J16 - J19在板的底部已短路，默认连接，不过可以通过切断PCB走线来禁用相关电路。

1.4 PIC18F14K50 ICD调试头

PIC18F1XK50微控制器引脚功能存在复用情况，其PGC/PGD引脚与USB D +/D - 引脚复用，普通生产的PIC18F14K50芯片不支持在线固件调试。为解决这个问题，开发套件提供了专用的在线调试（ICD）板，其中的特殊PIC18F14K50芯片将USB D +/D - 引脚与ICSP™编程/调试的PGC/PGD引脚解复用，从而实现USB固件项目的调试。而PIC16F145X微控制器有两对PGC/PGD引脚，可使用未与USB功能复用的RC0/PGD和RC1/PGC引脚对进行在线调试。

二、USB开发入门

2.1 开箱即用的演示固件

套件中的PIC16F1459 DIP - 20微控制器预装了示例USB演示固件，可展示USB微控制器与自定义PC主机软件程序（HID PnP Demo.exe）之间的基本USB通信。要运行演示程序，需先下载并安装Microchip应用库（MLA），它是一个免费软件包，包含各种示例应用项目和资源的源代码。

2.2 使用演示固件和PC软件

操作步骤如下：

1. 使用提供的USB迷你B到全尺寸A电缆将演示板连接到基于x86或x64的Microsoft Windows®计算机。
2. 开发板由USB总线供电，会自动上电并开始USB“枚举”序列。
3. PC会自动检测USB设备并安装标准的人机接口设备（HID）类驱动程序。
4. 安装完成后，可使用MLA中提供的“HID PnP Demo.exe”程序与USB设备通信。该程序需要.NET框架v2.0或更高版本的可再发行包才能运行。成功连接后，PC软件会打开USB设备的端点，定期发送命令，请求演示板按钮状态和电位器引脚的ADC读数，点击“Toggle LED(s)”按钮可实现LED切换效果。

2.3 重新编程微控制器

完成演示固件和PC应用程序的实验后，可使用MLA中的现有USB固件项目重新编程微控制器。需要安装MPLAB X和最新的MPLAB X C8编译器，选择正确的MPLAB X构建配置，如LPCUSBDK_18F14K50（U1为PIC18F14K50时）或LPCUSBDK_16F1459（U1为PIC16F1459时）。

2.4 编程PIC18F14K50的特殊考虑

由于PIC18F1XK50的PGC/PGD引脚与USB D +/D - 引脚复用，重新编程时需先从USB主机上拔下USB电缆，避免ICSP编程器与USB主机的I/O引脚冲突。具体步骤为：

1. 从演示板的USB迷你B连接器上拔下USB电缆。
2. 将ICSP编程器（如PICkit™ 3）连接到开发板。
3. 在MPLAB X IDE中配置编程器，使其为目标板供电，提供3.3V标称电压给VDD。
4. 使用ICSP编程器编程微控制器。
5. 编程验证完成后，拔下ICSP编程器，再重新连接USB电缆测试新编程的固件项目。而使用PIC16F145X设备或带有ICD板的专用PIC18F14K50时，无需遵循上述步骤。

2.5 使用PIC16F1454和PIC16F1455设备

PIC16F1454和PIC16F1455的14 - PDIP封装可用于低引脚数USB开发套件板。将微控制器“左对齐”插入20 - DIP插座U1，大部分演示板功能仍可正常使用。但使用RS - 232 UART接口时，需在J20和J22焊盘上安装2针、100ml间距的标准跳线头，并使用标准跳线帽短路。

三、开发USB应用

3.1 USB设备类选择

开发新的USB应用时，可评估MLA中已实现的USB设备类和示例固件/软件项目。常见的USB设备类有：

• 人机接口设备（HID）类：用途广泛，主要用于实现USB人机接口产品，也可用于发送通用应用特定数据。所有标准操作系统都提供标准HID类USB驱动程序，安装通常是“即插即用”的，但数据传输速率有限，适用于带宽要求较低的设备。
• 通信设备类（CDC）类：适用于将基于RS232串行端口的传统硬件设计迁移到USB。该类设备在主机上表现为传统COMx串行端口设备，但存在一些缺点，如需要在Windows系统上安装驱动程序包、以原始字节流处理数据、错误处理和“即插即用”实现不完善等。
• 大容量存储设备（MSD）类：适用于实现USB闪存媒体设备和读卡器。枚举后，USB MSD设备在主机上显示为新的“驱动器”，通常与其他设备类组合使用。
• 自定义/厂商定义类：不是标准类，厂商可自定义通信协议和命令集。该类灵活性高，允许设计控制、中断、批量和等时端点，但需要安装自定义驱动程序包。

3.2 开发USB应用的提示

开发第一个USB应用时，可能会遇到USB枚举问题，如Windows设备管理器中显示“未知设备”。常见原因及解决方法如下：

• 硬件问题：检查D +/D - 连接是否正确，避免引脚交换和串联过大电阻，控制D +/D - 网络的寄生电容；确保VUSB/VUSB3V3引脚连接正确。
• 软件配置问题：检查振荡器设置和配置位设置是否与USB操作兼容；确保MLA中的相关配置文件（如usb_config.h和Hardware Profile – [platform name].h）正确配置。
• 代码编辑/开发过程中的软件问题：建议在SVN存储库中开发应用代码，以便回退到“最后已知良好/工作”的代码；考虑使用硬件USB协议分析仪，它能捕获USB总线的原始流量，帮助快速定位问题。

四、总结

Microchip低引脚数USB开发套件为电子工程师提供了一个全面的USB开发平台，无论是评估微控制器功能还是开发完整的USB应用，都具有很大的优势。通过深入了解套件的内容、开发板布局、编程方法和USB设备类选择，工程师们可以更高效地进行USB设计。你在使用这个开发套件的过程中遇到过哪些有趣的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。