Was sind die PIC18Fxxx ? Die Unterfamilien der PIC18 Was sind die Features der PIC18Fxxx ? Was sind die Nachteile der PIC18Fxxx ? Typenschlüssel Typenübersicht der 16-Bit-Kern-PIC-Flash-Controller PIC18Fxxx PIC18Fxxxx Legende Interfaces der PIC18Fxxxx Lernbeispiele für PIC18Fxxx zurück zu 12-Bit-Kern-PIC-Flash-Controller zu 14-Bit-Kern-PIC-Flash-Controller zu 24-Bit-Kern (16-Bit-Daten)-PIC-Flash-Controller

Was sind die PIC18Fxxx ?

Nach den 14-Bit-Kern Controllern der Serien PIC16Fxxx und PIC12Fxxx gibt es inzwischen auch 16-Bit-Kern-Controller der Serien PIC18Fxxx mit Flash-Programmspeicher. Was ist der Unterschied zwischen 16F und 18F??

Mit den 18F-Typen versucht Microchip Controller anzubieten, die deutlich leistungsstärker sind als die 16F-Typen, den vertrauten 'kleinen' Typen aber noch ähneln. Die PIC18F sind nicht die Ablösung für die PIC16F, sondern die Chips der Wahl, wenn man umfangreiche Berechnungen nicht mehr mit einem PIC16F in den Griff bekommt.
PIC18F-Typen sind für die Programmierung in der Sprache C geeignet, wodurch Sie es gerade dem Assemblerunkundigen einfacher machen, PIC-Projekte zu erstellen.

Die Unterfamilien der PIC18F

Es gibt verschiedene PIC18F-Unterfamilien.

• Der Standard sind die PIC18Fxxxx. Sie sind für eine Betriebsspannung von 5V ausgelegt, die Low-Power-Ausführungen funktionieren bei verringertem Takt aber bis hinab zu 2V. 
  
• Die PIC18FxxJxx-Typen sind preiswerter (wenn man sie denn als Bastler bekommt) und arbeiten mit ca. 3V. Ihre digitalen Eingänge (wenigsten einige von  ihnen) vertragen aber auch 5V-Pegel. Ihre Flash-Zellen sind weniger robust und es fehlt ein EEPROM.
• Die PIC18FxxKxx-Typen sind sind ein Kompromiss zwischen PIC18Fxxxx und PIC18FxxJxx. Sie haben den Betriebsspannungsbereich der PIC18FxxJxx, sind aber mit
  EEPROM und robusteren Flash-Zellen ausgerüstet.

Was sind die Features der PIC18Fxxx ?

Die kleinere PIC-Familien (PIC10/PIC12/PIC16) werden vorzugsweise in Assembler programmiert. Ihre kleinen und zerklüftet organisierten Speicher erfordern in der Regel den Einsatz optimierten Assemblercodes. In Zeiten von Fotohandys, Flatscreen-TVs und YouTube ist Assembler aber nicht mehr besonders sexy. Heutzutage programmiert jeder lieber in Hochsprachen. Das hat auch seinen guten Grund. In einer Hochsprache wie z.B. C lassen sich Programme viel schneller und fehlerfreier erstellen als in Assembler. Die PIC18-Typen eignen sich gut für eine Programmierung in C. Sie haben deutlich größere, linear adressierbare Speicher, und sind schneller als die kleinere PICs. Damit kompensieren Sie die typischen Nachteile einer Hochsprache: höheren Speicherbedarf und langsameren Programmlauf.

Multiplikation
Eine wesentliche Schwäche der PIC16F ist das Fehlen einer Hardwaremultiplikation. Die PIC18F besitzen  eine 8X8-Bit Multiplikation mit 16-Bit Ergebnis. Das beschleunigt viele Berechnungen enorm.

Bedingte Sprünge
Es gibt ganz normale bedingte Sprungbefehle. Mit denen kann man zwar nur einige 100 Byte im Programm vor und zurück springen, aber für die meisten Schleifen reicht das allemal. Für weite Sprünge gibt es ja noch die alte Kombination BTFSx & GOTO.

16-Bit Befehlsbreite
Neben den Multiplikationsbefehlen kamen auch einige andere Befehle hinzu. Die nunmehr 77 Befehle (früher unter 40) lassen sich nicht mehr mit 14-Bit-Worten codieren. Deshalb haben im PIC18F alle Befehle nunmehr 16-Bit Breite. Die 16 Bit beziehen sich nur auf den Programmspeicher. Die gesamte Datenverarbeitung ist wie im PIC16F nur 8 Bit breit. Die 16-Bit Befehlsbreite sind also kein Vorteil für den Anwender, sondern ein technisches Erfordernis, das nach außen keine wesentlichen Auswirkungen hat.

lineare Adressierung
Die op-codes der direkten Sprungbefehle wie CALL und GOTO sind nun 32 Bit lang (2 Worte), und enthalten eine 20-Bit lange Sprungadresse. Dadurch kann man  innerhalb des Programmspeicher herumspringen, ohne dass man sich mit Bank-Umschaltungen herumschlagen muss, wie man sie vom PIC16F... kennt.

Takt
Die PIC18F können mit 40 MHz externem Takt doppelt so schnell getaktet werden wie die PIC16F. Das beschleunigt den Prozessor.
Durch eine interne PLL-Schaltung kann der externe Takt vervierfacht werden, so dass ein 10-MHz-Quarz oder Schwinger für den PIC 40 MHz bereitstellt.
Viele neue Typen haben aber nanoWatt-Technologie, sie können den Takt im Betrieb verändern.

Interrupt
Interrupts können unterschiedliche Prioritäten haben. Damit ist es möglich, dass ein wichtigerer Interrupt einen unwichtigeren Interrupt unterbricht. Das verbessert das Echtzeitverhalten.

Quelltextkompatibilität zum PIC16F ?
Der Befehlssatz der PIC18F enthält alle Befehle des PIC16F - und eine Reihe neuer Befehle. Allerdings werden die bekannten Befehle im PIC18F anders codiert. Ein für den PIC16F übersetztes Programm (HEX-File) läuft also nicht auf dem PIC18F.
Ganz anders sieht das aus, wenn man den Quelltext eines für den PIC16F geschriebenen Programms hat. Wird dies nun für den PIC18F compiliert/assembliert, dann läuft das so entstandene HEX-File prinzipiell auf dem PIC18F. (Änderungen im Quelltext sind wegen anderen Taktes oder anderer Hardware sowieso kaum gänzlich vermeidbar.) Damit ist ein Umstieg vom PIC16F auf den PIC18F unkompliziert.

FLASH
Die handelsüblichen PIC18F besitzen riesige Flash-Programmspeicher von bis zu 32 kByte (einige Typen sogar bis zu 128 kByte). Dank neuer Table-Read/Write-Befehle lassen diese sich auch gut nutzen. Bei großen, linear adressierbaren Programmspeichern sind nun auch Hochsprachencompiler relativ problemlos einsetzbar, was die Softwareentwicklung erheblich vereinfacht.

Was sind die Nachteile der PIC18Fxxx ?

Der Preis! Microchip bietet z.Z. in der PIC18Fxxx-Familie nur recht große und komplett ausgestattete Chips  (28/40/44-Pin) an. Der preiswerteste Typ kostetet als Einzelstück bei Reichelt ca. 7 €. Noch fehlen kleine, billige PICs mit 8 oder 18 Pins, diese wurden von Microchip aber schon angekündigt.

Typenschlüssel

Aus der Typenbezeichnung lassen sich recht gut die Features eines PIC18Fxxx(x) ableiten. Die nachfolgende Tabelle ist kein Dogma, sondern eine grobe Orientierung. Einen Blick in das Datenblatt ersetzt sie nicht. PIC18F-Typen mit dreistelligen Zahlenschlüssel sind eigentlich schon wieder veraltet, und werden durch Nachfolgetypen mit vierstelligen Zahlenschlüssel ersetzt. Der Nachfolger des PIC18F242 ist z.B. der PIC18F2420.

PIC 18F ABC      bzw.      PIC 18F ABCD

Ziffer im Typencode	Bedeutung
1. Ziffer: Gehäusegröße	1 - 18 / 20 Pins 2 - 28 Pins 4 - 40 / 44 Pins 6 - 64 / 68 Pins 8 - 80 / 84 Pins
2. Ziffer: Speicherausbau	FLASH EEPROM RAM 2 - 4 k 256 512 (256 bei 18 Pin) 3 - 8 k 256 512 (256 bei 18 Pin) 4 - 16 k 256 768 4 - und 4.Ziffer=5 24 k 256 2048 5 - 32 k 256 oder 1024 2048 (1536 bei CAN) 5 - und 4.Ziffer=5 48 k 1024 3968 (3328 bei CAN) 6 - 64 k 1024 3840 7 - 128 k 1024 3840
3. Ziffer	1 - EEPROM fehlt 2 - keine Besonderheiten 3 - high performance PWM oder Motor Control 5 - mit USB 8 - mit CAN 9 - mit LCD-Treiber; kein EEPROM
4. Ziffer (wenn vorhanden)	- - älterer Typ 0 - moderner und etwas besser als Typ mit nur 3 Ziffern 1 - high performance PWM 2 - kleine Verbesserungen (ECCP, EUSART, Takt) 5 - 150%  FLASH-Speicher und mehr RAM 7 - 2 und 5 9 - 75%    FLASH-Speicher

Typenübersicht

Nachfolgen die detailliertere Auflistung einiger interessanter Typen. (Eine vollständige Liste aller mir bekannter 16-Bit-Kern-Typen findet man hier.)

Für den Bastler sind Typen am Beginn der folgenden Tabelle interessant, die bei Conrad und bei Reichelt erhältlich sind.
Reichelt bietet meiner Erfahrung nach die kleineren Preise und die kürzere Lieferzeit.

Microchip startet offensichtlich eine Typen-Offensive im Bereich der PIC18F-Controller, so dass meine Liste nicht alle Typen auflisten kann, sondern nur die, für mich besonders interessanten, für die ich Programmiersoftware schreiben will oder schon geschrieben habe, und die schon bzw. hoffentlich bald für Bastler erhältlich sind.

Die PIC18F-Familie besteht inzwischen aus 3 Generationen:

1. Die 1. Generation hat 3-stellige Typennummern, und ist im Bastlerhandel erhältlich. Sie hat wenige Mitglieder, und besteht nur aus PICs mit 28 und 40 Pins.
2. Die 2. Generation ist die typenreichste. Ihre Mitglieder haben 4-stellige Typennummern, die überwiegend auf 0 oder 5 enden. Hier finden sich Gehäusebauformen von 18 bis 80 Pins sowie USB-Interfaces.
3. Die 3. Generation ist im entstehen.  Ihre Mitglieder haben 4-stellige Typennummern, die überwiegend auf 2 oder 7 enden. Bisher sind nur 64- und 80-Pin-Typen ohne USB und CAN auf dem Markt.

PIC18F-Typen mit dreistelligen Zahlenschlüssel sind eigentlich schon wieder veraltet, und werden durch Nachfolgetypen mit vierstelligen Zahlenschlüssel ersetzt. Der Nachfolger des PIC18F242 ist z.B. der PIC18F2420.

Legende:

Programm-Speicher:
Ist als Größe des Programmspeichers in Byte dargestellt, wobei k für den Faktor 1024 steht. So bedeutet also "16k", dass ein PIC 16384 Byte Programmspeicher hat. Da Alle Befehle jeweils 16-Bit (also 2 Byte) groß sind, lassen sich in diesem Speicher dann 8192 Befehle speichern.
Alle oben aufgelisteten PICs können in ihre Programmspeicher selbst hinein schreiben.

Pins:
Die Anzahl der Pins am Gehäuse. Daran erkennt man die physische Größe des Schaltkreises.
Die Pin-Zahl bezieht sich auf DIL-Gehäuse (PDIP). Beim Einsatz von SSOP, QFT oder PLCC-Gehäusen haben die PICs 2 bzw. 4 zusätzliche Pins. Werden z.B. 40-polige PICs in PLCC-Gehäuse verpackt, dann haben sie 44 Pins.

I/O-Pins:
Die maximale Anzahl der Pins, die als Bestandteil eines Ports (PORTA..PORTE) als Ein- oder Ausgangsleitung dienen können. Dabei kann es vorkommen, dass eines der Pins sich nur als Eingang betreiben lässt.

ADC:
Eingänge für den Analog/Digital-Wandler. Ein PIC hat immer nur einen ADC, es können aber mehrere Eingänge wechselweise zum ADC zugeschaltet werden. Die ADCs haben normalerweise eine Auflösung von 10 Bit.

CAN-Bus
Controller Area Network: ein schneller Bus zum Datenaustausch zwischen Schaltkreisen. Dieser Bus wird vor allem in der KFZ-Technik eingesetzt, da er sehr störfest ist.

USB-Bus
ein schneller, serieller Bus, der wohl jedem aus der PC-Technik bekannt ist.
Während die PIC16C-Serie nur USB1.1 (low-speed 1,5 Mb/s) unterstützte gibt es beim PIC18Fxxxx nur USB2.0 mit full-speed (12 Mb/s) (also nicht mit high-speed).

Ethernet
Einige PICs haben die nötige Hardware für einen 10/100-MBit-Ethernet-Anschluss integriert. Es handelt sich dabei ausschließlich um 3.3V-Typen mit mindestens 60 Pins, wie z.B. den PIC18F66J60.

USART: (oder auch SCI)
Serielle Schnittstelle, die sich z.B. als RS232 verwenden lässt.

SSP: (oder auch MSSP)
Synchrone serielle Schnittstelle, die sich  als SPI wie auch als I2C verwenden lässt.
Die MSSP-Schnittstelle unterstützt Slave- und Master-Funktionen, während die SSP-Hardware nur Slave-Funktionen unterstützt.

I2C:
I2C-Bus Anschluss. Dieser Anschluss ist Bestandteile der SSP (synchroner serieller Port), aber nicht alle SSPs unterstützen auch I2C. Deshalb ist diese Eigenschaft hier extra aufgelistet.

CCP:
Anzahl der Capture/Compare/PWM-Module. Mit diesen Modulen lassen sich Impulse Messen und Erzeugen. Außerdem können pulsweitenmodulierte Signale ausgegeben werden.
ECCP:
Ein erweitertes CCP-Modul, das mehrere PWM-Ausgänge bereitstellt, mit denen sich u.A. auch Schrittmotoransteuerungen realisieren lassen.

PWM:
Ein Ausgang für ein Rechtecksignal mit einstellbarem Tastverhältnis. Ein CCP-Modul kann ein PWM-Signal erzeugen. Ein ECCP-Modul kann maximal 4 PWM-Signale erzeugen.

Timer:
Anzahl der Timer. Die PICs besitzen in der Regel einen 8-Bit Timer und mehrere 16-Bit-Timer. Der Watchdogtimer ist in dieser Zahl noch nicht enthalten.
Der 8-bittige Timer0 lässt sich bei den PIC18X-Typen auf 16 Bit umschalten.

Preis
Die Conrad-Preise sind aufgerundete Einzelpreise für die teuersten Varianten der Schaltkreise und wenn möglich mit DIL-Gehäuse. Bei der Wahl einfacherer Gehäuse, niedrigerer Taktfrequenz oder größerer Stückzahlen (ab 3 Stk.) sind die Preise z.T. deutlich niedriger. Bei der Abnahme von 100 Stk. sinkt der Preis fast auf die Hälfte, aber das nützt einem Hobby-Bastler nichts. Die PICs sind in aller Regel bei Reichelt billiger als bei Conrad.
Alle Conrad-Preise beziehen sich auf den Stand Mitte 2006.
Alle Reichelt-Preise beziehen sich auf den Stand Dezember 2009.

Vpp
Das ist die nötige Programmierspannung für den jeweiligen PIC in Volt. Die 16-Bit-PICs sind erfahrungsgemäß recht nörglerisch, wenn es um die Höhe der Programmierspannung geht. Auch wenn die offiziellen Toleranzen deutlich größer sind, sollte man doch von der Nominalspannung nicht um mehr als 0,25V abweichen. Ansonsten gibt es vor allem beim Löschen und beim Entfernen von codeprotection Probleme.