AVT573.pdf

Uniwersalny programator mikrokontrolerów PIC

Uniwersalny programator

mikrokontrolerów PIC,

czêæ 1

AVT-573

Stwierdzenie, ¿e

mikrokontrolery PIC

zdominowa³y nasz rynek,

by³oby chyba lekko

przesadzone, faktem jednak

jest, ¿e s¹ one doæ lubiane

przez naszych elektroników-

konstruktorów. Wymaganym

w dzisiejszych czasach

standardem jest posiadanie

wewnêtrznej pamiêci

programu, najlepiej

programowanej w uk³adzie.

PIC-e warunek ten spe³niaj¹.

Trzeba tylko wiedzieæ, jak tê

pamiêæ zaprogramowaæ

i oczywicie mieæ czym to

zrobiæ.

Rekomendacje:

przedstawiony w artykule

uk³ad jest uniwersalnym

systemem umo¿liwiaj¹cym

programowanie

mikrokontrolerów

firmy Microchip.

Czy budowanie programatora

dedykowanego dla uk³adów jed-

nego producenta ma sens? W pier-

wszej chwili mo¿na by s¹dziæ, ¿e

raczej niewielki. Zauwa¿my jed-

nak, ¿e w praktyce czêsto siê

zdarza, ¿e konstruktorzy przy-

wi¹zuj¹ siê w³anie do mikrokon-

trolerów spod jednego znaku. Dla

nich dobry programator mo¿e siê

okazaæ sporym udogodnieniem

w pracy.

nia mikrokontrolera, wszystkie mo-

g¹ byæ wykorzystane do sterowa-

nia uk³adami systemu. Modu³ pro-

gramuj¹cy zosta³ wyposa¿ony

w prze³¹czniki elektroniczne w po-

staci kluczy analogowych, które na

czas programowania od³¹czaj¹ po-

trzebne wyprowadzenia mikrokon-

trolera od pracuj¹cego uk³adu

i przy³¹czaj¹ je do programatora,

a po zaprogramowaniu wyprowa-

dzenia te s¹ automatycznie prze-

³¹czane z powrotem do pracuj¹ce-

go uk³adu. Dziêki temu nie ma

obawy o uszkodzenie systemu

w przypadkupodania napiêciapro-

gramuj¹cego (12V) na wejcie

!MCLR mikrokontrolera, do które-

go mo¿e byæ do³¹czony uk³ad

cyfrowy. W przypadku programo-

wania w podstawce programatora

zastosowane klucze analogowe

prze³¹czaj¹ odpowiednio sygna³y

steruj¹ce tak, aby niezale¿nie od

typu mikrokontrolera jego pozycja

w podstawce by³a jednakowa (mik-

rokontroler jest zawsze umieszczo-

ny przy lewej krawêdzi podstaw-

ki). U³atwia to znacznie proces

programowania, szczególnie przy

czêstym wk³adaniu i wyjmowaniu

mikrokontrolera nie ma obawy, ¿e

zostanie b³êdnie w³o¿ony.

Tab. 1. Podstawowe w³aciwoci

programatora

3 Mo¿liwoæ programowania w systemie

3 Mo¿liwoæ zasilania z systemu

3 Mo¿liwoæ zasilania systemu z zasilacza

programatora

3 Mo¿liwoæ pracy przy zasilaniu bateryjnym

3 Sygnalizacja wietlna procesu

programowania

3 Niski pobór pr¹du ok. 3 mA w czasie

programowania

3 Znikomy pobór pr¹du w czasie spoczynku

<1 m A

3 Dostêpne dwa rodzaje darmowego

oprogramowania obs³uguj¹cego programator

3 Obs³uga niemal wszystkich dostêpnych

mikrokontrolerów PIC

3 Programowanie pamiêci z magistral¹

Microwire

Charakterystyka

programatora

Opisywany programator umo¿-

liwia programowanie mikrokontro-

lerów PIC zarówno w podstawce

programatora, jak i pracuj¹cym sys-

temie. Dla programowania w sys-

temie do³¹czone s¹ specjalne pod-

stawki-przejciówki umo¿liwiaj¹ce

normaln¹ pracê mikrokontrolera

w stanie spoczynku programatora

oraz programowanie bez koniecz-

noci jego wyci¹gania z podstawki.

Ca³y proces programowania odby-

wa siê automatycznie. Istotn¹ ce-

ch¹ programatora jest to, ¿e nie

zajmuje on ¿adnego wyprowadze-

Elektronika Praktyczna 5/2004

P R O J E K T Y

Uniwersalny programator mikrokontrolerów PIC

Oprócz programowania mikro-

kontrolerów programator umo¿li-

wia tak¿e obs³ugê pamiêci szere-

gowych typu 93Cxx, wyposa¿o-

nych w interfejs Microwire. Pro-

gramowanie pamiêci wymaga jed-

nak umieszczenia w odpowiednim

miejscu podstawki programuj¹cej,

gdy¿ prze³¹czniki nie prze³¹czaj¹

sygna³ów dla tej pamiêci.

Przy projektowaniu programa-

tora szczególny nacisk zosta³ po-

stawiony na maksymaln¹ uniwer-

salnoæ i wygodê programowania

oraz zminimalizowanie pobierane-

go pr¹du. W tym celu programator

zosta³ wyposa¿ony w prze³¹cznik

umo¿liwiaj¹cy jego zasilanie na

trzy sposoby: z zewnêtrznego za-

silacza, z baterii, korzystaj¹c z na-

piêcia dostêpnego w programowa-

nym systemie.

Zastosowane uk³ady CMOS

sprawiaj¹, ¿e pr¹d pobierany pod-

czas programowania wynosi oko³o

3mA (jeli dioda sygnalizacyjna

zostanie wy³¹czona), natomiast

pr¹d spoczynkowy jest mniejszy

od 1

wania, jednak przedstawiony w ar-

tykule programator pomimo znacz-

nego rozbudowania jest zgodny

funkcjonalnie z tam przedstawio-

nym.

Drugim programem steruj¹cym

jest program IC-Prog stworzony

przez Bonny Gijzena, który jest

dostêpny na stronie http://www.ic-

prog.com . Ten program posiada

du¿o wiêksze mo¿liwoci i umo¿-

liwia programowanie nie-

mal¿e wszystkich dostêpnych

obecnie mikrokontrolerów PIC.

Mo¿e tak¿e wspó³pracowaæ z in-

nymi typami programatorów.

Prezentowany uk³ad programa-

tora wraz z odpowiednim oprog-

ramowaniem umo¿liwia progra-

mowanie szerokiej gamy mikro-

kontrolerów oraz szeregowych pa-

miêci EEPROM. W tab.2 przesta-

wiona jest lista programowanych

uk³adów. Wymienione zosta³y je-

dynie mikrokontrolery z pamiêci¹

programu typu FLASH, pomimo

tego, ¿e mo¿na programowaæ tak-

¿e z pamiêci¹ EPROM. Z uwagi

na fakt, ¿e obecnie stosowane s¹

przede wszystkim mikrokontrolery

z pamiêci¹ FLASH, praca progra-

matora zosta³a sprawdzona dla

tego typu uk³adów.

Tab.2 Spis obs³ugiwanych

mikrokontrolerów z pamiêci¹

programu typu FLASH oraz pamiêci

EEPROM

L.p. Typ uk³adu

PIC12F629

20 PIC16F873

PIC12F675

21 PIC16F873A

PIC16F72

22 PIC16F874

PIC16F73

23 PIC16F874A

PIC16F74

24 PIC16F876

PIC16F86

25 PIC16F876A

PIC16F87

26 PIC16F877

PIC16F83

27 PIC16F877A

PIC16F84

28 PIC18F242

10 PIC16F84A

29 PIC18F248

11 PIC16F627

30 PIC18F252

12 PIC16F628

31 PIC18F258

13 PIC16F630

32 PIC18F442

14 PIC16F676

33 PIC18F448

15 PIC16F818

34 PIC18F1320

16 PIC16F819

35 PIC18F2320

17 PIC16F870

36 PIC18F4320

18 PIC16F871

37 PIC18F4539

19 PIC16F872

38 93Cxx

A. Tak niewielki pobór

pr¹du umo¿liwia wielomiesiêczn¹

pracê programatora przy zastoso-

waniu zasilania bateryjnego. Dziê-

ki temu przestawiony programator

mo¿e byæ traktowany równie¿ ja-

ko urz¹dzenie przenone. Rozbu-

dowany uk³ad zasilania umo¿li-

wia tak¿e zasilanie uruchamiane-

go systemu z zasilacza programa-

tora, co pozwoli na zmniejszenie

potrzebnych róde³ zasilania

w czasie prac nad projektem. Naj-

wa¿niejsze funkcje programatora

przedstawione s¹ w tab. 1 .

i programowanego uk³adu umo¿li-

wiaj¹ ustawienie na danej linii

stanu niskiego. Stan wysoki jest

natomiast wymuszany przez re-

zystory podci¹gaj¹ce zawarte

w drabince RP1. W ten sposób

w stanie logicznej jedynki wyjcie

odpowiedniego klucza jest w sta-

nie wysokiej impedancji, a stan

wysoki jest wymuszany tylko

przez zewnêtrzne rezystory. Takie

rozwi¹zanie jest szczególnie wa¿-

ne dla sygna³u danych Data,

gdy¿ linia ta musi realizowaæ

transmisjê w dwie strony. Od stro-

ny mikrokontrolera linia ta jest

pod³¹czona do jednego wyprowa-

dzenia, natomiast od strony kom-

putera sygna³ transmisji i odbioru

danych jest rozdzielony i do³¹czo-

ny do innych wyprowadzeñ z³¹-

cza LPT. Dziêki temu mikrokon-

troler mo¿e bez problemu wymu-

siæ stan niski na tej linii w przy-

padku, gdy komputer wystawi

stan wysoki. Sygna³ z komputera

jest podawany na wejcie steru-

j¹ce C uk³adu US1, natomiast

sygna³ powrotny z mikrokontrole-

ra jest podawany na pin 10 z³¹cza

równoleg³ego komputera.

Kolejnym blokiem programato-

ra jest prze³¹cznik sygna³u zega-

rowego i sygna³u danych. Prze-

³¹cznik ten jest zbudowany przy

u¿yciu kluczy analogowych za-

wartych w uk³adzie US2. Prze-

Budowa

Przestawiony w niniejszym ar-

tykule programator zosta³ zbudo-

wany na bazie programatora op-

racowanego przez Davida Taita

o nazwie Tait 'Classic' Program-

mer. Jego schemat jest przedsta-

wiony na rys. 1 . Programator ten

s³u¿y g³ównie do programowania

mikrokontrolerów PIC16x8x. Aby

przystosowaæ go do programowa-

nia pozosta³ych mikrokontrolerów,

schemat ten nale¿a³o znacznie

przekszta³ciæ. Porównanie obydwu

schematów pozwoli na zobrazo-

wanie wniesionych przeróbek.

Schemat blokowy zmodyfiko-

wanego programatora jest pokaza-

ny na rys. 2 , za schemat elek-

tryczny na rys. 3 . Ca³y programa-

tor mo¿na podzieliæ na kilka

bloków funkcjonalnych: pierwszy

blok stanowi interfejs pomiêdzy

komputerem a programowanym

uk³adem. Blok ten sk³ada siê

z uk³adu US1, który zawiera trzy

prze³¹czne klucze analogowe. In-

terfejs zosta³ wykonany w taki

sposób, ¿e klucze analogowe za-

równo od strony komputera, jak

Oprogramowanie steruj¹ce

Najistotniejsz¹ zalet¹ przedsta-

wionego programatora jest dostêp-

noæ darmowego oprogramowania

do jego obs³ugi. Jako aplikacjê

steruj¹c¹ mo¿na wykorzystaæ je-

den z dwóch programów udostêp-

nianych bez ¿adnych op³at, które

mo¿na pobraæ ze stron autorów.

Pierwszy program o nazwie Os-

hon PIC Programmer zosta³ stwo-

rzony przez Vladimira Soso i mo¿-

na go pobraæ ze strony http://

www.oshonsoft.com/picprog.html .

Oprogramowanie to umo¿liwia

programowanie jedynie mikrokon-

trolerów z rodziny PIC16. Na stro-

nie tej znajduje siê równie¿ sche-

mat prostszego programatora,

stworzonego dla tego oprogramo-

Elektronika Praktyczna 5/2004

Uniwersalny programator mikrokontrolerów PIC

Rys. 1. Schemat programatora Tait 'Classic' Programmer

³¹cznik kieruje odpowiednio syg-

na³y do z³¹cza programuj¹cego

w zale¿noci od programowanego

aktualnie mikrokontrolera. Prze³¹-

czanie to jest konieczne ze wzglê-

du na ró¿ne rozmieszczenie wy-

prowadzeñ programuj¹cych

w obs³ugiwanych mikrokontrole-

rach. I tak dla uk³adów 28- i 40-

nó¿kowych sygna³y te musz¹ byæ

doprowadzone odpowiednio do

wyprowadzenia 39 i 40 z³¹cza

CON1. Dla uk³adów w obudowach

18-nó¿kowych sygna³y te s¹ kie-

rowane do koñcówek 34 i 35 bez

stosowania prze³¹czników. Prob-

lem powstaje w przypadku mikro-

kontrolerów 8- i 14-nó¿kowych,

gdy¿ w tych uk³adach na wypro-

wadzeniu numer 40 podstawki

programatora wymagane jest po-

danie masy zasilania, a sygna³y

programuj¹ce nale¿y podaæ na

wyprowadzenia 38 i 39. Dlatego

potrzebne s¹ jeszcze dodatkowe

prze³¹czniki zawarte w kolejnym

bloku.

Blok prze³¹czania zasilania

i napiêcia PGM s³u¿y do podania

odpowiedniego napiêcia zasilaj¹-

cego mikrokontroler oraz na wej-

cie sygna³u programowania PGM.

Dla poprawnego procesu progra-

mowania wejcie PGM powinno

byæ zwarte do masy. Jednak w za-

le¿noci od mikrokontrolera na-

piêcie to nale¿y podawaæ na

ró¿ne wyprowadzenia podstawki

programuj¹cej. Dla mikrokontrole-

rów serii PIC18 w obudowach 28-

i 40-nó¿kowych napiêcie to na-

le¿y podaæ na port RB5 (nó¿ka 38

podstawki). W przypadku progra-

mowania mikrokontrolerów

w obudowach 8- i 14-nó¿kowych

wyprowadzenie to jest wykorzys-

tywane jako sygna³ zegarowy, dla-

tego za pomoc¹ klucza analogo-

wego X zawartego w uk³adzie

US3 napiêcie to jest podawane

tylko w trybie programowania

mikrokontrolerów typu PIC18. Dla

mikrokontrolerów serii PIC16

w obudowach 28- i 40-nó¿kowych

napiêcie PGM nale¿y podaæ na-

tomiast na port RB3 (nó¿ka 36

podstawki). Równie¿ w tym przy-

padku pojawia siê problem, gdy¿

podczas programowania mikrokon-

trolera na przyk³ad PIC16F628

nó¿ka ta stanowi wejcie napiêcia

zasilaj¹cego tego uk³adu. Do prze-

³¹czania napiêcia zastosowano

klucz Z uk³adu US3, który dla

uk³adów 28- i 40-nó¿kowych po-

daje masê, a dla uk³adów 18-

Rys. 2. Schemat blokowy programatora uniwersalnego

Elektronika Praktyczna 5/2004

Uniwersalny programator mikrokontrolerów PIC

, co po-

woduje zmniejszenie napiêcia za-

silaj¹cego mikrokontroler. Dla

wiêkszoci mikrokontrolerów spa-

dek ten jest niewielki i nie ma

wp³ywu na proces programowa-

nia. Jednak dla uk³adów zawie-

raj¹cych du¿¹ pamiêæ programu

(g³ównie uk³ady PIC18) rezystan-

cja ta obni¿a napiêcie zasilania

uk³adu do wartoci oko³o 4,6 V.

Z uwagi na fakt, ¿e minimalne

napiêcie zasilania przy programo-

waniu nie powinno byæ mniejsze

ni¿ 4,5 V, wartoæ ta jest nie-

znacznie wiêksza od minimalnej.

Mo¿e siê zdarzyæ, ¿e zastosowany

egzemplarz uk³adu 74HCT4053 ma

nieznacznie wiêksz¹ rezystancjê

wewnêtrzn¹ ni¿ znamionowa i na-

piêcie zasilania mikrokontrolera

bêdzie mniejsze od wymaganego.

Aby temu zapobiec, jako uk³ad

US3 nale¿y zastosowaæ dwa uk³a-

dy 74HCT4053 po³¹czone równo-

legle (jeden przylutowany do dru-

giego i w³o¿ony w podstawkê).

Spowoduje to zmniejszenie rezys-

tancji wewnêtrznej kluczy i wzrost

napiêcie zasilaj¹cego mikrokontro-

ler, dla wymienionego przypadku

napiêcie to bêdzie wynosi³o 4,8 V.

Monta¿ drugiego uk³adu dotyczy

skrajnego przypadku, gdzie uk³ad

Rys. 3. Schemat programatora mikrokontrolerów PIC (p³ytka g³ówna)

Elektronika Praktyczna 5/2004

nó¿kowych plus zasilania. Kolej-

na kolizja powstaje dla nó¿ki

numer 32 podstawki progra-

muj¹cej, gdy¿ dla uk³adów 28-

i 40-nó¿kowych wyprowadzenie to

jest wejciem plusa zasilania, na-

tomiast dla uk³adów 18-nó¿ko-

wych PIC16F62x jest wejciem

sygna³u PGM. Wejcie to w czasie

programowania musi byæ na po-

tencjale masy. Do odpowiedniego

prze³¹czania tych napiêæ s³u¿y

ostatni ju¿ klucz uk³adu US3 -

Y. Dla pozosta³ych uk³adów

odpowiednie sygna³y doprowadzo-

ne s¹ bezporednio do podstawki,

bez prze³¹czników.

Równie¿ sygna³y dla programo-

wania pamiêci szeregowej kiero-

wane s¹ bezporednio do odpo-

wiednich nó¿ek podstawki progra-

muj¹cej. Wyj¹tek stanowi sygna³

podawany na nó¿kê numer 13,

gdy¿ podany tam sygna³ pochodzi

porednio z wyjcia przetwornicy

napiêcia 5/12 V. Elementy R3

i D4 ograniczaj¹ wiêc jego amp-

litudê do wartoci 5 V.

UWAGA: Rezystancja w³¹czo-

nego klucza analogowego uk³adu

US3 wynosi oko³o 100

Uniwersalny programator mikrokontrolerów PIC

Rys. 4. Budowa wewnêtrzna przetwornicy napiêcia MAX662

masê nale¿y podaæ na dwa wy-

prowadzenia podstawki - 12 i 31.

Jednak obydwa wyprowadzenia s¹

zwarte wewnêtrznie i masa zosta-

³a doprowadzona tylko do wejcia

numer 12. W tej sytuacji w³o¿enie

w podstawkê uk³adu w obudowie

28- lub 40-nó¿kowej spowoduje

pojawienie siê stanu niskiego na

wyprowadzeniu 31. Na tej posta-

wie wykrywany jest rodzaj w³o-

¿onego mikrokontrolera. Dla mik-

rokontrolerów 28-i 40-nó¿kowych

na wyprowadzeniu 31 panuje stan

niski, dla pozosta³ych natomiast

stan wysoki wymuszany przez

rezystor zawarty w drabince RP1.

W zale¿noci od tego stanu klucze

analogowe zawarte w uk³adach

US2, US3, US4 prze³¹czaj¹ odpo-

wiednio sygna³y steruj¹ce. Takie

rozwi¹zanie jest znacznie bez-

pieczniejsze ni¿ programowy wy-

bór rodzaju mikrokontrolera (pro-

gram IC-Prog oferuje tak¹ mo¿li-

woæ). Chodzi tutaj g³ównie o na-

piêcie programuj¹ce (Vpp), gdy¿

prze³¹czanie pomiêdzy dwoma

wyprowadzeniami uk³adu mog³o-

by go uszkodziæ w przypadku wy-

brania w programie innego uk³adu

ni¿ w³o¿ony w podstawce progra-

muj¹cej. W przypadku zastosowa-

nego prze³¹cznika takie ryzyko

nie wystêpuje, gdy¿ przy braku

mikrokontrolera w podstawce lub

posiadaj¹cego mniejsz¹ liczbê wy-

prowadzeñ ni¿ 28, napiêcie pro-

gramuj¹ce zawsze bêdzie przy³o-

¿one do wyprowadzenia numer 4.

Jeli zostanie w³o¿ony wiêkszy

uk³ad, to napiêcie to zawsze

bêdzie przy³o¿one do wyprowa-

dzenia numer 1. Dodatkowo w sta-

nie spoczynku wszystkie prze³¹cz-

niki (klucze analogowe) s¹ w sta-

nie wysokiej impedancji, dlatego

podczas wk³adania i wyjmowania

mikrokontrolera od podstawki od-

³¹czone jest napiêcie zasilania

i programuj¹ce. Prze³¹czniki oraz

przetwornica napiêcia uaktywnia-

ne s¹ tylko na czas programowa-

nia, co z kolei pozwala na ogra-

niczenie pr¹du pobieranego w sta-

nie spoczynku przez programator.

Ostatnim blokiem jest prze-

³¹cznik sygna³ów do programowa-

nia w systemie. Blok ten sk³ada

siê z uk³adu US6 oraz jednego

klucza zawartego w uk³adzie US2.

Blok ma na celu prze³¹czanie

wyprowadzeñ mikrokontrolera

pracuj¹cego w systemie. W czasie

US3 ma rezystancjê wewnêtrzn¹

wiêksz¹ ni¿ standardowo za³o¿on¹

przez producenta. W modelowym

uk³adzie sprawdzona zosta³a pra-

ca dla kilku egzemplarzy uk³adu

74HCT4053 i wystarczaj¹ce by³o

zastosowanie pojedynczego uk³a-

du.

Kolejnym blokiem jest przet-

wornica napiêcia oraz uk³ad prze-

³¹czników napiêcia programuj¹ce-

go (Vpp). Jako generator niezbêd-

nego napiêcia o wartoci 12 V za-

stosowano specjalizowan¹ prze-

twornicê typu MAX662. Budowa

wewnêtrzna przetwornicy jest

przedstawiona na rys. 4 . Uk³ad

ten jest wysoko sprawn¹ prze-

twornic¹ umo¿liwiaj¹c¹ uzyskanie

napiêcia 12 V przy zasilaniu na-

piêciem 5 V. Maksymalna wydaj-

noæ pr¹dowa wynosi 30 mA,

przy tym pr¹d pobierany przez

przetwornicê mieci siê w grani-

cach kilkuset mikroamperów. Do-

datkowo przetwornica posiada

wejcie SHDN umo¿liwiaj¹ce prze-

³¹czenie jej w tryb czuwania, ogra-

A. Ta w³aciwoæ

jest szczególnie wa¿na przy bate-

ryjnym zasilaniu programatora.

Napiêcie Vpp wytworzone w prze-

twornicy kierowane jest nastêpnie

do prze³¹cznika zbudowanego

z uk³adu US4, który w zale¿noci

od programowanego uk³adu kieru-

je to napiêcie na nó¿kê 1 lub na

nó¿kê 4 podstawki programuj¹cej.

Dla mikrokontrolerów umieszczo-

nych w obudowach 28- i 40-

nó¿kowych napiêcie to nale¿y

podaæ na nó¿kê 1, natomiast

umieszczonych w obudowach 8-,

14- i 18-nó¿kowych na nó¿kê 4.

W przypadku mikrokontrolerów 8-

i 14-nó¿kowych dodatkowo na

wyprowadzenie 1 nale¿y podaæ

plus zasilania. Funkcje prze³¹cza-

nia tych sygna³ów pe³ni uk³ad

US4.

Do automatycznego prze³¹cza-

nia obwodów zosta³a wykorzysta-

na w³aciwoæ mikrokontrolerów

umieszczonych w obudowach 28-

i 40-nó¿kowych. W uk³adach tych

Elektronika Praktyczna 5/2004

niczaj¹c pobierany pr¹d do war-

toci oko³o 0,5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: