「话说嵌入式」 PIC32快速上手指南

在ARM Cortex-M3/M4大行其道的今天，可能大家都遗忘了在很久很久以前还有MIPS架构的单片机，MIPS架构的芯片在路由器上应用得很多，单片机上也是有，没错今天说的就是Microchip的PIC系列单片机。和当年如火如荼的AVR类似，PIC32的知名度是越来越小，现在PIC32可能也只剩下所谓的稳定性了吧（难怪Microchip会收购Atmel, 简直臭味相投啊？）

相信大家对STM32应该了如指掌，今天就带大家从STM32的角度，简单过一下如何从新上手PIC32，从以下方面进行对比，并尝试总结一下PIC32为什么流行不起来

1）快速制作自己的PIC32开发板

为什么不是PIC8/PIC16/PIC24？因为没必要，就是这么简单，32位的成本已经相当相当低了。这里使用的是PIC32MX795F512H, 拥有512K Flash, 128K RAM,运行频率在80MHz，支持USB 2.0 Full Speed, 以太网MAC，淘宝价格在35左右。

黑人问号脸？！！

什么这个价格要35？相类似的STM32F407ZGT6也才24左右，嘤嘤嘤。

最小系统板，我们就直接参考开源项目Fubarino SD，这里对其的SD卡和USB部分进行了DIY，让手工制作更加容易，希望拿到eagle文件的同学，留下你的邮箱。

实际的焊接出来的效果图如下

2）如何搞定Hex文件的烧写

PIC32代码的开发，即可以使用Linux下MIPS gcc进行编译，也可以使用XC32在Windows/Linux/MacOS里编译。编译的问题相对简单，但是烧录略有不同，这个涉及到PIC32的内存分布，较ARM上手更为复杂。

PIC32通常需要烧写一个bootloader，就算是仅App的工程，他也需要一个bootloader来进行代码的跳转。

这里我们使用的是PICKit3.5，淘宝88块。

PICKit3.5功能强大，亮点在于支持脱机固件烧写，支持目标板电源检测与供电，但恰恰是其功能过于强大，导致其使用也相对复杂，稳定性也更差。

首先下载安装mpalb-x-ide及xc32 compiler,当前最新mplab-x-ide是v5.40版本

https://www.microchip.com/mplab/mplab-x-ide

https://www.microchip.com/mplab/compilers

建议先安装好XC32 compiler并添加到系统PATH当中。

这里需要注意的是XC32有Free版本，Free版本不支持代码的优化，一般情况下也是够用了，如果需要Pro License，可以申请60天的试用。安装完成，会出现2个程序，一个是MPLAB X IDE，一个是MPLAB X IPE， 其中IPE就是单独的烧写工具,而IDE是开发环境后面会单独聊到。

你可能注意到，安装一个IDE需要占用可能近10个G的空间，真的是很夸张。

这里我们需要烧录Fubaino的SD 512K版本固件，

https://github.com/chipKIT32/PIC32-avrdude-bootloader

不带512字眼的是基于32MX440F256H的V1.4版本

打MPLAB X IDE明显能感觉到这个软件加载的速度异常的慢，这都是2020年了，i7 8代+SSD+16G内存加速的速度也能明显感觉迟滞。

这个界面还是挺正常的吧，没有什么奇怪的，当点击Connect之后选择好Hex并进行Program时，你有可能会发现在真正Program之前需要先下载PICKit3的固件？

什么神仙操作，而且这个过程相当缓慢，有时甚至会失败！为什么要这么做？前面有提到过为了让PICKit3支持更多功能，PICKit3可以加载不同的固件大大提高灵活性，而随之而来的就是复杂性，不稳定性，烧写个代码真的不轻松，不干脆。

3）如何使用Microchip MPIDE进行代码编译，运行，调试

打开MPLAB X IDE，不过在这之前，如果你的电脑配置不行还是建议不要打开了，这感觉能让你回想到之前在老古董上用Eclipse上开发Android应用的痛苦经历。

这里以Bootloader的source code为例，从File->Open Project导入工程，进行编译Production->Build Project进行编译，如果需要进行代码的下载调试，直接点击Debug->Debug Project，操作的方式倒是大同小异，

不过你可能又会发现，启动慢可能是因为太吃内存的原因？和Chrome真的有得一拼！

等到下载下程序时，有可能你又会发现，MPLAB X IDE在做和IPE一毛一样的事情，重新给PICKIT3下下载固件，真是***。

事实上既然有了toolchain也可以不使用IDE，直接用Makefile进行软件的开发，不是更香？

另外，还有一个叫PicKit3的精简的软件是用来专门烧写固件的

好了，又要切换固件，简直了，然而，切换完之后，你还会发现，他不支持PIC32！

4）Harmony的使用

Harmony是一套可以使用GUI配置芯片的工具，非常类似STM32CubeMX, 但这在Microchip里是一段痛苦的过程，首先要从MPIDE X 的Plugin里启用Harmony

这里选择gitee的URL，在国内速度会快很多

疯狂地吃掉CPU和硬盘，虽然我这个是1T的机械

终于看到熟悉的界面，但是真的再没有兴趣再继续，这是一段痛苦的旅程。

5）总结

从PIC32的简单试用来看，PIC32失败真的不冤枉它，总结以下几点，欢迎补充

PIC系列单片机配置字详细介绍(长期实践总结的压箱底资料)

（注：本文档主要根据PIC16F193X数据手册编写，对于其他型号的单片机，其配置字可能略有不同，此外本文部分参考了PIC18F78K22数据手册，因而部分注释了两个系列单片机的区别）

1、FCMEN:故障保护时钟监视器使能位

FCMEN_ON:使能 FCMEN_OFF: 禁止(红色表示本人使用PIC单片机所选择的配置,下同)

详细说明：在使器件能在外部振荡器发生故障时继续运行。 FSCM 可以检测当振荡器起振定时器（OST）延时结束后的任何时刻发生的振荡器故障。

如图所示，故障检测器模块内部有一个锁存器。在外部时钟的每个下降沿上将锁存器置1。 在采样时钟的每个上升沿将锁存器清零。 如果采样时钟的一个完整半周期在外部时钟变为低电平之前结束，则将检测到故障。

FC时钟监控框图

FC时钟监控时序

结论：若外部时钟在采样时钟为高电平时间内（约1ms）没有下降沿，则当采样时钟为低电平时认为时钟故障。

注：外部时钟没有经过PLL倍频

2、IESO：内部/外部时钟切换位

IESO_ON:使能切换 IESO_OFF:禁止切换

详细说明：使能后，当外部晶振出错后，单片机会自动切换到内部RC震荡电路作为其工作时钟。

16F1936资料：当MCU上电复位或从休眠模式唤醒时，由于外部震荡电路可能还没稳定，此时可允许先使用内部时钟，然后再切换到外部时钟。

3、CLKOUTEN：时钟输出使能位

CLKOUTEN_ON: 使能 CLKOUTEN_OFF: 禁止

详细说明：使能RA6/CLKOUT 引脚上的CLKOUT 功能，若MPU连接外部石英晶振或陶瓷谐振器，不能使用该功能

4、BOREN<1:0>：欠压复位使能位

BOREN_ON:使能BOR

BOREN_NSLEEP: BOR 在工作时使能，在休眠时禁止

BOREN_SBODEN: BOR 由PCON 寄存器的SBOREN 位控制

BOREN_OFF: 禁止

详细说明：当Vdd 到达可选的最低电平时， BOR 电路将器件保持在复位状态。 在BOR 和POR 之间的整个电压范围内，可实现执行保护功能。可配合PWRT（复位延迟）使用。

BOR原理

5、CPD：数据代码保护位

CPD_ON:使能 CPD_OFF:禁止

详细说明：使能/禁止数据存储器代码保护，擦除操作期间关闭代码保护时，将擦除整个数据EEPROM 的内容。在数据存储器受代码保护时，只有CPU 可对数据EEPROM进行读写操作。

6、CP：代码保护位

CP_ON:使能 CP_OFF：禁止

详细说明：使能/禁止程序存储器代码保护，当关闭代码保护时，将擦除整个程序存储器的内容。使能后，禁止对程序存取器的外部读写操作，若进行读操作，返回0。

7、MCLRE：MCLR/VPP 引脚功能选择位

MCLRE_ON:使能 MCLRE_OFF:禁止

详细说明：仅当LVP=0时有效，外部复位

MCLRE引脚

8、PWRTE：上电延 时定时器使能位

（如果电源上电慢，防止无法启动，MCU必须具有该功能，且必须使能）

PWRET_ON:使能 PWRET_OFF：禁止

详细说明：上电、欠压复位后提供64ms的延迟。

（注：16F1936,16F1946中仅说有64ms的延迟，18F87K22资料中有如下说明：采用LF-INTOSC时钟（31.25KHz，周期为32us）计数，计数寄存器为11bits,因而延迟时间为2048*32us=65.5ms）

复位原理图

9、WDTE<1:0>：看门狗定时器使能位

WDTE_ON：使能

WDTE_NSLEEP：在运行时使能，休眠时禁止

WDTE_SWDTEN：由WDTCON 寄存器中的SWDTEN 位控制

WDTE_OFF:禁止

详细说明：看门狗定时器是系统定时器，如果固件在超时周期内未发出CLRWDT 指令，看门狗定时器将产生复位。

看门狗原理图

通过配置WDTPS，可是设置复位时间2ms-256s（18F为4ms-4196s）。

（注：任何复位，进入休眠模式，从休眠模式唤醒，振荡器故障都会使WDT清0，且复位后默认超时周期为2秒）

10、FOSC<2:0>：振荡器选择位

111 = ECH：外部时钟，高功耗模式：RA7/OSC1/CLKIN 引脚为CLKIN 功能

110 = ECM：外部时钟，中等功耗模式：RA7/OSC1/CLKIN 引脚为CLKIN 功能

101 = ECL：外部时钟，低功耗模式：RA7/OSC1/CLKIN 引脚为CLKIN 功能

100 = INTOSC振荡器：RA7/OSC1/CLKIN 引脚为I/O 功能

011 = EXTRC 振荡器：RA7/OSC1/CLKIN 引脚为RC 功能

010 = HS振荡器：高速晶振/ 谐振器连接到RA6/OSC2/CLKOUT 和RA7/OSC1/CLKIN 引脚

001 = XT振荡器：晶振/ 谐振器连接到RA6/OSC2/CLKOUT 和RA7/OSC1/CLKIN 引脚

000 = LP振荡器：低功耗晶振连接到RA6/OSC2/CLKOUT 和RA7/OSC1/CLKIN 引脚

详细说明：EC模式将外部产生的逻辑电平作为系统时钟源，其中ECH对应4-32 MHz，ECM对应0.5-4 MHz，ECL对应0-0.5 MHz。INTOSC模式采用内部时钟源作为其工作时钟，通过PLL倍频、分频，可产生31KHz-16MHz时钟。LP、XT 和HS 模式支持在OSC1 和OSC2 引脚之间连

接石英晶振或陶瓷谐振器的应用，EXTRC模式支持使用外部RC 电路。

时钟源整体框图

EC模式

石英晶振（LP、XT 或HS模式）

陶瓷谐振器（XT或HS模式）

RC模式

“pic系列单片机有rc、lp、xt、hs等振荡模式。除rc模式外，振荡模式的选择实际上就是环路增益的选择。低增益对应低振荡频率，高增益对应高振荡频率。一般根据实际需要的工作频率可参考数据手册来选择。

11、LVP：低压编程使能位

LVP_ON = 使能低压编程

LVP_OFF = 必须使用MCLR/VPP 引脚上的高压进行编程

详细说明：允许器件在没有高压的情况下仅使用VDD 进行编程。如果使能了低压编程（LVP = 1），将自动使能MCLR复位功能，且无法禁止。

12、DEBUG：在线调试器模式位

DEBUG_OFF = 禁止在线调试器， RB6/ICSPCLK 和RB7/ICSPDAT 是通用I/O 引脚

DEBUG_ON = 使能在线调试器， RB6/ICSPCLK 和RB7/ICSPDAT 专用于调试器

13、BORV：欠压复位电压选择位

BORV_19 = 欠压复位电压设置为1.9V

BORV_= 欠压复位电压设置为2.5V (注：1936,1946资料为2.5V，代码注释为2.7V)

（注：18F87K22为BORV<1:0>，1.8V，2.0V，2.7V，3.0V）

14、STVREN：堆栈上溢/ 下溢复位使能位

STVREN_ON = 堆栈上溢或下溢将导致复位

0STVREN_OFF = 堆栈上溢或下溢不会导致复位

详细说明：MPC在执行调用函数、中断函数等操作时，进行对当前PC值进行堆栈操作，若不使能该功能，堆栈将作为循环缓冲区使用，溢出的PC值将覆盖最早进入堆栈的PC值。

15、PLLEN：PLL 使能位

PLLEN_ON = 使能4xPLL

PLLEN_OFF = 禁止4xPLL

注：配置字禁止该功能时，可在程序中通过设置SPLLEN，选择是否使能4xPLL功能。 (软件启动时，需一段时间后锁相环倍频才能稳定，可查询PLLR，测试PIC16F1946，采用外部4M晶振，震荡器选择HS模式，软件SPLLEN置1，约600指令周期后PLLR为1)

16、 VCAPEN<1:0>：稳压器电容使能位

00 = 在RA0 引脚上使能VCAP 功能

01 = 在RA5 引脚上使能VCAP 功能

10 = 在RA6 引脚上使能VCAP 功能

11 = VCAP 引脚上无电容

详细说明：Vcap是提供给内部稳压器使用的，如果你5V的系统，必须在三个Vcap脚上选择一个接上Cap,而且要在配置位中指定该引脚。如果系统只需要3.3V，无需选择Vcap.

17、WRT<1:0>：闪存自写保护位

4 kW 闪存（仅PIC16F1933/PIC16LF1933 和PIC16F1934/PIC16LF1934）：

11 = 写保护关闭

10 = 000h 至1FFh 受写保护， 200h 至FFFh 可以由EECON 控制寄存器修改

01 = 000h 至7FFh 受写保护， 800h 至FFFh 可以由EECON 控制寄存器修改

00 = 000h 至FFFh 受写保护，无可由EECON 控制寄存器修改的地址址

8 kW 闪存（仅PIC16F1936/PIC16LF1936 和PIC16F1937/PIC16LF1937）：

11 = 写保护关闭

10 = 000h 至1FFh 受写保护， 200h 至1FFFh 可以由EECON 控制寄存器修改

01 = 000h 至FFFh 受写保护， 1000h 至1FFFh 可以由EECON 控制寄存器修改

00 = 000h 至1FFFh 受写保护，无可由EECON 控制寄存器修改的地址

16 kW 闪存（仅PIC16F1938/PIC16LF1938 和PIC16F1939/PIC16LF1939）：

11 = 写保护关闭

10 = 000h 至1FFh 受写保护， 200h 至3FFFh 可以由EECON 控制寄存器修改

01 = 000h 至1FFFh 受写保护， 2000h 至3FFFh 可以由EECON 控制寄存器修改

00 = 000h 至3FFFh 受写保护，无可由EECON 控制寄存器修改的地址

详细说明：写保护用于保护器件不受意外的自写访问。在允许修改程序存储器其他区域的同时可以保护应用程序，例如引导加载程序软件。

推荐配置：__CONFIG(FOSC_HS & WDTE_ON(1) & PWRTE_ON & MCLRE_ON&CP_ON & CPD_OFF & BOREN_ON &CLKOUTEN_OFF & IESO_OFF & FCMEN_ON);

__CONFIG(WRT_OFF & VCAPEN_OFF(2)& PLLEN_ON(3)& STVREN_ON & BORV_19 (4)& DEBUG_OFF & LVP_OFF);

注：

1、关于看门狗配置字WDTE，若某些单片机超时时间较短，而程序初始化时间较长，可选择软件启动，WDTE_SWDTEN，注意对相关寄存器定时设置，或者在初始化程序中 多次清狗

2、如果MCU采用+3.3V供电，则可以不使能VCAP，如果采用+5.0V供电必须使用VCAP。

3、若采用4M外部晶振，采用FOSC_HS 或FOSC_XT可能还需测试确认。

4、复位电压根据MCU工作电压、电源电压范围以及RAM保持电压确认。+3.3V工作推荐为1.9V，+5.0V工作推荐为+5.0V。

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