XIAO RP2040(or ESP32S3)を用いてPICマイコンに書き込む

　PICkit3を使わずに、Seeed Studio XIAO RP2040 もしくは、Seeed Studio XIAO ESP32S3を用いてPICマイコンにプログラムを書き込むシステムを制作しましたのでご紹介します。
　PICkit3はPICマイコンにプログラムを書き込むデバイスですが、書き込み速度が遅いです。そこで、XIAO RP2040(or ESP32S3)を使って、自作PICライタを作成しました。PICkit3よりも、速くPICマイコンにプログラムを書き込むことが出来るようになりました。

制作に必要なものは下記の通りです。

▲ 開発当初はユニバーサル基板を使ったが、 写真の基板はPCBWayに発注した。

▼ 表面実装することで小型化した。PCBWayに発注した。

XIAO RP2040 利用の場合


• Seeed XIAO RP2040


XIAO ESP32S3 利用の場合


• Seeed XIAO ESP32S3


共通部


• PICマイコン。VPP電圧は、12V、9V、5Vに対応。ロジック電圧は、5V、3.3Vに対応。
• ガーバーファイル：PCBWayなどに、基板製造依頼してください。
• C基板用アクリルパネル(アクリル板) 2mm厚(透明)を2つ
• スペーサー M3 5mm TP-5SMを4つ
• 3mmプラネジ(5mm)を4つ
• プラスチックナット+連結(6角ジョイント)スペーサー(10mm)セットを4セット
• 1x5ピン ピンソケット(メス・L型) SSW-105-02-G-S-RAを1つ
• スライドスイッチSS-14MDH2を1つ：12V、9V、5Vの切り替え
• スライドスイッチ ISH-1260-HA-Gを1つ：5V、3.3Vの切り替え
• MAX662 DIPモジュールを1つ：12Vの昇圧に用います
• 積層セラミックコンデンサー 0.22μF50V X7R 5mmを2つ：12Vの昇圧に用います
• 積層セラミックコンデンサー 4.7μF50V X7S 5mmを2つ：12Vの昇圧に用います
• MOSFET 2N7000を1つ：3.3V→12V,9V,5Vのレベル変換に用います
• 三端子レギュレーター 9V100mA HTC製 LM78L09を1つ：12Vから9Vをつくる
• 積層セラミックコンデンサー 0.1μF250V X7R 5mmピッチを1つ：12Vから9Vをつくる
• 積層セラミックコンデンサー 0.33μF50V X7R 5mmを1つ：12Vから9Vをつくる
• I2Cバス用双方向電圧レベル変換モジュール(FXMA2102)を1つ：3.3V←→5Vのレベル変換に用います
• マイクロSDカードスロットDIP化キットを1つ
• 3mm赤色LED 625nm 70度 OSR5JA3Z74Aを1つ
• カーボン抵抗(炭素皮膜抵抗) 1/6W10kΩを4つ：プルアップ抵抗
• カーボン抵抗(炭素皮膜抵抗) 1/6W4.7kΩを2つ：プルアップ抵抗
• カーボン抵抗(炭素皮膜抵抗) 1/4W330Ωを3つ
• カーボン抵抗(炭素皮膜抵抗) 1/6W330Ωを2つ

　PICマイコンに書き込みを行うための回路は上図のようになります。
　書き込みを行うのに「VDD」、「VSS（GND)」、「ISCPDAT」、「ISCPCLK」、「MCLR」という5つのピンを用います。 MCLRピンにPICマイコンの動作電圧より高い電圧（12V､9V､5V）の信号を与える必要があります。 また、ISCPDATピン、ISCPCLKピンと XIAO RP2040(or ESP32S3)の電圧が異なるため、レベル変換する必要があります。

1)XIAO RP2040(or ESP32S3)から出力される5Vを、12Vに昇圧する必要があります。そのために、MAX662 DIPモジュールを利用します。

2)12Vから9Vをつくるには、三端子レギュレーター LM78L09を利用します。

3)3.3V→12V,9V,5Vのレベル変換するのには、MOSFET 2N7000を利用します。

4)3.3V←→5Vのレベル変換するのには、I2Cバス用レベル変換モジュール FXMA2102を利用します。

レベル変換モジュールに何を選択するか、またプルアップ抵抗の抵抗値を何にするかによって、高周波数信号の波形がなまってきます。 色々なPICマイコンへの書き込みで試しましたが、FXMA2102でもいけます。プルアップ抵抗の抵抗値は XIAO RP2040(or ESP32S3)では10kΩがいいようです。

pickleという、Raspi(Linux)でPICマイコンにプログラムの書き込みを行うソフトウェアがあります。

pickle

　C言語で書かれていますので、これを XIAO RP2040(or ESP32S3)に移植を試みます。本体は、ほぼ、そのまま使用し、INPUT側のインターフェースの部分とOUTPUT側のインターフェースの部分を書き換えます。 Arduino IDEで開発しました。プログラムコードを公開します。

もう一つ書き換えた箇所があります。それは、ヒープメモリです。元のプログラムは、Linux環境で豊富にヒープメモリが使えますが、マイコンの場合、限られています。 そこで、Seeed XIAO RP2040 に関しては、MicroSDの記憶領域を利用し、Seeed XIAO ESP32S3 に関しては、8MBのPSRAMを利用しました。プログラムコードは、どちらも共通で使えるように作ってあります。

プログラムコード(2024.11.15更新)

　　＜Seeed XIAO RP2040 の場合＞
　　ボードマネージャー：Raspberry Pi Pico/RP2040/RP2350 by Earle F. Philhower,III Ver 4.1.1
　　対応ボード：　　　　Seeed XIAO RP2040

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　　＜Seeed XIAO ESP32S3 の場合＞
　　ボードマネージャー：esp32 by Espressif Systems Ver 3.0.5
　　対応ボード　　　　：XIAO_ESP32S3
　　※オプション　　　：PSRAM -> OPI PSRAM
　　　　　　　　　　　　Upload Mode -> USB-OTG CDC (TinyUSB)　　(Hardware CDCでは、不具合発生)
　　　　　　　　　　　　USB Mode -> USB-OTG(TinyUSB)　　(Hardware CDCでは、不具合発生)

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　下記のように、PCとUSB接続(仮想COM、UART)して、PCより操作して、プログラムをPICマイコンに書き込みます。

1)自作PICライタとPICマイコンを接続します。PIC書き込みアダプタを利用すると便利です。

2)プログラム(hexファイル)をmicroSDに書き込み、それを自作PICライタに挿入します。

3)PCとUSB接続(仮想COM、UART)して、PCより操作して、プログラム(hexファイル)をPICマイコンに書き込みます。 Tera Termなどを使って操作できますが、自作の書き込みソフトも作成しました。

Windows用書き込みソフト(2024.11.09更新)

	PC側より、自作の書き込みソフトを起動し、COMポートを設定します。
	ポートを設定します。それ以外はデフォルトのままで良いです。
	hexファイルのタイプを選択します。
	まず、PICマイコンの素性を読み込みます。 「PIC16F753」であることが分かります。
	microSDに入っているhexファイルが表示されます。
	PICマイコンに書き込むhexファイルを選択します。 ここでは、「PIC16F753.hex」を選びます。
	書き込みが成功しました。 書き込み時間は、2.417秒です。

以上です。この他にも、M5Stackを利用して書き込むシステムを制作したり、Raspberry Piを利用して書き込むシステムを制作したりしてます。