programator emulator mikrokontrolerów 89Cx051 (1).PDF

Programator − emulator mikrokontrolerów AT89Cx051

P R O J E K T Y

Programator − emulator

mikrokontrolerów

AT89Cx051, część 1

kit AVT−498

Mikrokontrolery AT89Cx051

produkowane przez firmÍ

Atmel ciesz¹ siÍ wúrÛd

konstruktorÛw zas³uøonym

powodzeniem. Ich niska cena,

zgodnoúÊ z†popularnymi '51,

³atwa dostÍpnoúÊ, pamiÍÊ

programu typu Flash oraz

stosunkowo wysoka wydajnoúÊ

sprawiaj¹, øe konkurenci maj¹

trudny øywot na rynku.

Urz¹dzenie prezentowane

w†artykule pozwala tanio

rozwi¹zaÊ wiÍkszoúÊ

problemÛw narzÍdziowych,

jakie mog¹ napotkaÊ

konstruktorzy korzystaj¹cy

z†procesorÛw x051.

Na jednej, niewielkiej

p³ytce otrzymujecie

programator oraz emulator -

czyli komplet narzÍdzi,

pozwalaj¹cy bez trudu

zbudowaÊ dowolne

mikroprocesorowe urz¹dzenie.

W†literaturze i†Internecie po-

jawi³o siÍ juø wiele opisÛw

programatorÛw dla mikroproce-

sorÛw firmy Atmel z†pamieci¹

FLASH. TrochÍ mniej znalaz³oby

siÍ projektÛw emulatorÛw. Te

ostatnie pracuj¹ zazwyczaj

z†w³asnym generatorem zegaro-

wym i s³abo (lub wcale) emuluj¹

wysokoomowe wejúcia wewnÍtr-

znego komparatora. CzÍsto wy-

magaj¹ sprzÍtowego ustawiania

konfiguracji pinÛw P1.0 (AIN0)

i†P1.1 (AIN1). Gdy chcemy uøy-

waÊ je jako analogowe wejúcia

komparatora czy wejúcia lub

wyjúcia cyfrowe, to trzeba odpo-

wiednio ustawiÊ zworki.

Pomys³ opracowania takiego

urz¹dzenia powsta³ wÛwczas,

gdy niøej podpisany "spali³" ko-

lejno trzy procesory przez od-

wrotne w³oøenie ich do tej

samej podstawki. Konstrukcja

uk³adu nawi¹zuje do zestawÛw

uruchomieniowych STARTER

KIT i†³¹czy w†sobie cechy pro-

gramatora i†emulatora. Dlatego

bÍdzie z†pewnoúci¹ atrakcyjna

dla kolegÛw stawiaj¹cych pier-

wsze kroki w†programowaniu

mikroprocesorÛw jednouk³ado-

wych. Praktyka pokaza³a jednak,

øe w†rÍkach trochÍ bardziej za-

awansowanego elektronika-pro-

gramisty moøe staÊ siÍ potÍø-

nym narzÍdziem, skutecznie

wspomagaj¹cym uruchamianie

nowych uk³adÛw.

Dla niektÛrych CzytelnikÛw

moøe byÊ waøna informacja, øe

uk³ad wspÛ³pracuje poprawnie

z†KAØDYM komputerem wypo-

saøonym w†³¹cze szeregowe, jeú-

li tylko moøna na nim ustawiÊ

odpowiednie parametry trans-

misji. Po niewielkiej przerÛbce

obwodu wejúciowego, programa-

tor moøe nawet pracowaÊ z†înie-

dokoÒczonymî portem o†pozio-

mach napiÍcia 0†i†+5V. Osobn¹

spraw¹ jest dostÍpnoúÊ progra-

mÛw asemblera dla procesorÛw

rodziny MCS-51 na komputery

typu Amiga, Atari czy Commo-

dore. Zapewne w†Internecie

moøna znaleüÊ takie oprogramo-

wanie z†opisem i†tekstami ürod-

³owymi.

Jak w kaødej tego typu reali-

zacji, przyjÍte rozwi¹zanie jest

kompromisem miÍdzy kosztem

elementÛw i†funkcjonalnoúci¹

uk³adu. Wymieniaj¹c podstawo-

we cechy urz¹dzenia rozdzieli-

³em je na cachy programatora

i†emulatora, dla kaødego z†nich

wyodrÍbniaj¹c najistotniejsze wa-

dy i†zalety. Powinno to pomÛc

w†szybkim zorientowaniu siÍ,

gdzie przebiega linia wspomnia-

nego kompromisu.

Elektronika Praktyczna 3/99

Programator − emulator mikrokontrolerów AT89Cx051

Rys. 1. Schemat blokowy urządzenia.

Opis uk³adu

Schemat elektryczny programa-

tora przedstawiono na rys. 2 .

PrzyjÍto zasadÍ, øe sygna³y z†in-

deksem /U pochodz¹ z†procesora

steruj¹cego, zaú indeks /Z ozna-

cza, øe linie s¹ po³¹czone z†wty-

kiem emulacyjnym za poúrednic-

twem z³¹cza Z2. Linie sygna³Ûw

bez indeksu s¹ po³¹czone z†pro-

gramowanym procesorem znajdu-

j¹cym siÍ w†podstawce Z1.

Uk³ad sterowania programatora

zrealizowano na procesorze

AT89C2051 (U1) taktowanym

sygna³em z oscylatora kwarcowego

(rezonatorem kwarcowym Q1

o†czÍstotliwoúci 11,0592MHz). Jed-

nokierunkow¹ komunikacjÍ z†kom-

putera do programatora, przy rÛw-

noczesnym zapewnieniu izolacji

galwanicznej, umoøliwia transop-

tor TO1. Dioda LED1 (øÛ³ta) w³¹-

czona szeregowo z†diod¹ úwiec¹c¹

transoptora s³uøy do sygnalizowa-

nia transmisji z†komputera. Dioda

D1 w³¹czona antyrÛwnolegle do

diod úwiec¹cych TO1 i†LED1 ogra-

nicza napiÍcie o†odwrotnej pola-

ryzacji, ktÛre mog³oby je uszko-

dziÊ. Rezystor R4 ogranicza pr¹d

pobierany ze z³¹cza szeregowego

komputera. Rezystor R8 zapewnia

dodatkowe podci¹gniÍcie pinu

RxD procesora do napiÍcia +5V

i†przyspiesza powrÛt tego wejúcia

do stanu wysokiego. Z³¹cze Z3 to

listwa z†trzema ig³ami, z†ktÛrych

dwie zewnÍtrzne s¹ po³¹czone

z†mas¹, a†úrodkowa to sygna³ TxD

z†komputera. DziÍki takiemu roz-

wi¹zaniu nie trzeba uwaøaÊ na

sposÛb pod³¹czania gniazda na

kablu transmisyjnym do progra-

matora.

Uk³ady U4, U5, U6, U7 i†U8

(HCT4053) to zespÛ³ prze³¹czni-

kÛw analogowych, dziÍki ktÛrym

jest moøliwe prze³¹czanie wejúÊ/

wyjúÊ programowanego procesora

umieszczonego w†podstawce Z1.

Do prze³¹czania sygna³Ûw zegaro-

wych XTAL1 i†XTAL2 oraz napiÍ-

cia programuj¹cego konieczne by-

³o zastosowanie prze³¹cznikÛw

(U3) o†lepszych parametrach. Wy-

bÛr pad³ na uk³ad MAX333A

firmy Maxim. Jest to uk³ad zawie-

raj¹cy cztery analogowe klucze

prze³¹czne o†niskiej rezystancji

w†stanie w³¹czenia. Ponadto uk³ad

zasilany tak jak w†naszym przy-

padku ze ürÛd³a o†napiÍciu +12V

moøe byÊ, bez øadnych konwer-

Moøe najpierw - aby przybli-

øyÊ Czytelnikowi jaka idea przy-

úwieca³a mi przy opracowywaniu

projektu programatora - pokrÛtce

opiszÍ, w†jaki sposÛb tworzÍ op-

rogramowanie dla mikroproceso-

rÛw jednouk³adowych. Zaczynam

od skopiowania programu z†jakie-

goú starego, podobnego projektu.

AktualizujÍ deklaracje wejúÊ,

wyjúÊ i sta³ych. Sprawdzam

i†ewentualnie zmieniam ustawie-

nia rejestrÛw SFR dla przerwaÒ

i†timerÛw. TworzÍ od nowa lub

poprawiam procedury obs³ugi

przerwaÒ. Na koÒcu piszÍ pro-

gram g³Ûwny. Uruchamianie za-

czynam od symulatora, a†gdy pro-

gram jest prosty, przechodzÍ od

razu do emulatora. Po znalezieniu

i†usuniÍciu powaønych b³ÍdÛw,

program zaczyna z†grubsza reali-

zowaÊ to co powinien. Teraz

trzeba sprawdziÊ poszczegÛlne

jego fragmenty. W†tej fazie bardzo

waøna jest umiejÍtnoúÊ przewidy-

wania stanÛw wejúciowych, jakie

moøe otrzymaÊ program. Zazwy-

czaj to w³aúnie zajmuje najwiÍcej

czasu. Znacznie szybsze jest wpro-

wadzenie poprawek lub uzupe³-

nieÒ. Rzadko, ale jednak zdarza

siÍ, øe na tym ostatnim etapie nie

mogÍ korzystaÊ z†emulatora. Wy-

nika to albo z†îp³ywaj¹cegoî za-

silania w†uk³adzie docelowym, al-

bo z†ograniczeÒ emulatora. KoÒ-

czy siÍ na wielokrotnym wyjmo-

waniu procesora z†podstawki

w†uk³adzie uruchamianym, pro-

gramowaniu jego pamiÍci popra-

wionym programem i†wk³adaniu

z†powrotem do podstawki. Przy

kaødej z†tych czynnoúci moøna siÍ

pomyliÊ i†w³oøyÊ procesor od-

wrotnie. Dopracowane firmowe

programatory potrafi¹ wykryÊ i†za-

sygnalizowaÊ tak¹ sytuacjÍ, dziÍki

czemu unika siÍ uszkodzenia mik-

roprocesora. B³¹d przy wk³adaniu

do podstawki w†uk³adzie urucha-

mianym koÒczy siÍ zazwyczaj

znacznie gorzej. Chc¹c unikn¹Ê

takich sytuacji zacz¹³em opraco-

wywaÊ dla procesora prze³¹cznik

PROGRAMATOR<->UK£AD_DO-

CELOWY. DziÍki temu nie by³oby

potrzeby wyjmowania procesora

z†podstawki, a†wystarcza³oby pros-

te prze³¹czanie. W†czasie opraco-

wywania szczegÛ³owej koncepcji

uk³ad trochÍ siÍ rozrÛs³. Do prze-

³¹cznika zrealizowanego na scalo-

nych kluczach analogowych dobu-

dowa³em programator. Z†drugiej

strony dodano kilka prostych, ale

bardzo uøytecznych drobiazgÛw,

takich jak przycisk zerowania

i†wskaünik zatrzymania procesora.

Schemat blokowy powsta³ego

w†ten sposÛb programatora-emula-

tora przedstawiono na rys. 1 .

Procesor wk³ada siÍ w†podstawkÍ

programatora. Do uk³adu urucha-

mianego do³¹cza siÍ przewÛd taú-

mowy zakoÒczony wtykiem emu-

lacyjnym. Plik z†programem w†po-

staci binarnej, ktÛry przychodzi

po ³¹czu szeregowym jest wpisy-

wany do pamiÍci FLASH proce-

sora. Po zaprogramowaniu proce-

sor jest do³¹czany do uruchamia-

nego uk³adu i†rozpoczyna wyko-

nywanie zapisanego programu.

Elektronika Praktyczna 3/99

Programator − emulator mikrokontrolerów AT89Cx051

Rys. 2. Schemat elektryczny programatora.

Elektronika Praktyczna 3/99

Programator − emulator mikrokontrolerów AT89Cx051

ter. S³uøy do tego krÛtki impuls

podany na wyprowadzenie

XTAL1 (Z1), pochodz¹cy z†wy-

júcia P3.4 (U1). Sygna³ INH po-

woduje w†stanie wysokim zablo-

kowanie kluczy analogowych i†po

zanegowaniu w†bramce (4,5,6) U9

- podanie niskiego stanu logicz-

nego na wejúcie RST programo-

wanego procesora, co jest ko-

nieczne podczas sekwencji rozpo-

czynaj¹cej programowanie.

NapiÍcie zasilaj¹ce +5V jest

czerpane wprost z†uk³adu uru-

chamianego. PobÛr pr¹du w†sta-

nie spoczynku z†pust¹ podstaw-

k¹ Z1 wynosi³ w†uk³adzie mo-

delowym 16mA. W†czasie pro-

gramowania pr¹d wzrasta³ do

26mA, a†w†trybie emulacji

w†uk³adzie z†zegarem 12MHz wy-

nosi³ oko³o 33mA. NapiÍcie pro-

gramuj¹ce +12V jest wytwarzane

w†uk³adzie MAX662, ktÛrego od-

powiednikiem jest LTC1262 fir-

my Linear Technology. S¹ to

przetwornice kondensatorowe

(bezindukcyjne), zaprojektowane

specjalnie do wykorzystywania

przy programowaniu pamiÍci

FLASH. Zielona dioda LED2 jest

do³¹czona do napiÍcia +12V

przez szeregowo po³¹czon¹ dio-

dÍ Zenera o†napiÍciu 6,8V i†re-

zystor R6 ograniczaj¹cy pr¹d.

DziÍki temu LED1 úwiec¹c wska-

zuje nie tylko obecnoúÊ napiÍcia

zasilaj¹cego, ale rÛwnieø popra-

wn¹ pracÍ uk³adu przetwornicy.

NapiÍciem +12V s¹ zasilane

prze³¹czniki analogowe z†uk³adu

U3. Jest to konieczne, gdyø klu-

cze te s³uø¹ m.in. do przy³¹cza-

nia napiÍcia programuj¹cego.

wpisanego programu. Przyciskiem

RESET moøna wymusiÊ realizacjÍ

programu od pocz¹tku. Z†przycis-

ku rÍcznego zerowania naleøy

ostroønie korzystaÊ, jeúli urucha-

miany system jest wyposaøony

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1, R2, R3, R8: 10k

/0,25W

R4, R5, R6: 2,2k

/0,25W

Kondensatory

C1, C2, C3: 10

F/16V

F/63V MKT

C6, C7: 22pF

C8, C9: 100nF/63V

Półprzewodniki

D1: 1N4148

DZ1: BZX83C6V8

LED1: L−934LYD (Kingbright) lub

inna żółta, niskoprądowa

LED2, LED4: L−934LGD (Kingbright)

lub inna zielona, niskoprądowa

LED3: L−934LID (Kingbright) lub

inna czerwona, niskoprądowa

TO1: PC817

U1: AT89C2051 (Atmel)

zaprogramowany

U2: MAX662 (Maxim), LTC1262

(Linear Technology), ST662A

(STMicroelectronics)

U3: MAX333A (Maxim)

U4, U5, U6, U7, U8: HCT4053

U9: HCT02

Z1: AT89Cx051 (Atmel) typ

procesora zależny od aplikacji

Różne

Gniazdo 2x10 na kabel taśmowy

Kabel taśmowy 20−żyłowy 20cm

*Kabel połączeniowy do

komputera: gniazdo DB9 do

połączeń lutowanych z obudową

Gniazdo do złącz igłowych 3x1

do połączeń lutowanych

*Kabel 2−żyłowy 2m

Kabel emulacyjny: wtyk

emulacyjny na kabel taśmowy

DIP20

Podstawki pod układy scalone:

DIL20 − 2 szt., DIL8 − 1szt., DIL16 −

5 szt., DIL14 − 1 szt.

SW1: mikroswitch do druku

H=10mm

Q1: rezonator kwarcowy

11,0592MHz

Z1: DIL20 precyzyjna lub ZIF (3M,

Textool lub Aries)

Z2: goldpin 2x10

Z3: goldpin kątowy 1x3

Elementy oznaczone * nie

wchodzą w skład kitu.

Rys. 3. Sposób sterowania

generatora.

terÛw poziomu, sterowany sygna-

³ami o†poziomach TTL. Do stero-

wania prze³¹cznikami s³uø¹ trzy

sygna³y ABC, INH i†PROG. W†cza-

sie programowania sygna³ ABC

przyjmuje niski stan logiczny.

Powoduje to prze³¹czenie proce-

sora umieszczonego w†podstawce

Z1 na programator i†zapalenie

czerwonej diody LED3 oznaczaj¹-

cej programowanie. Port P1 (Z1)

jest do³¹czony do portu P1 pro-

cesora steruj¹cego (U1). Na li-

niach tego portu pojawiaj¹ siÍ

bajty odebrane z†portu szeregowe-

go przeznaczone do wpisania do

pamiÍci programu. Rezystory R2

i†R3 podci¹gaj¹ wyjúcia P1.0 i†P1.1

do +5V. Do wyprowadzeÒ steru-

j¹cych P3.4, P3.5 i†P3.7 jest do-

³¹czany sygna³ P3.457/U. Na pin

P3.3 jest podany sygna³ P3.457/

U zanegowany w†bramce (1, 2, 3)

uk³adu U9. Pozwala to wybraÊ

jeden z†dwÛch trybÛw programo-

wania:

- Chip Erase - kasowanie pamiÍci

programu: P3.457/U = L;

- Write Code Data - zapis do

pamiÍci programu: P3.457/U = H.

Do programowania pamiÍci ty-

pu FLASH konieczne jest poda-

nie napiÍcia +12V na wejúcie

RST (Z1). S³uø¹ temu dwa prze-

³¹czniki uk³adu U3. Jeden stero-

wany sygna³em PROG z†wyjúcia

P3.7 (U1) i†drugi sterowany syg-

na³em ABC. Na wyprowadzeniu

P3.2 pojawiaj¹ siÍ w†czasie pro-

gramowania impulsy zezwalaj¹ce

- sygna³ P3.2/U. Po zaprogramo-

waniu kaødego bajtu inkremento-

wany jest wewnÍtrzny licznik

adresu - Internal Address Coun-

Uk³ady dodatkowe

Na p³ytce drukowanej progra-

matora znalaz³o siÍ miejsce na

przycisk RESET, w³¹czony stan-

dardowo miÍdzy wejúcie RST

(Z1) i†napiÍcie +5V. Przy urucha-

mianiu oprogramowania bardzo

przydatna jest moøliwoúÊ rÍczne-

go wyzerowania procesora, a†nie

zawsze taki przycisk znajduje siÍ

w†uruchamianym uk³adzie. Po za-

programowaniu pamiÍci progra-

mu wejúcie RST, podobnie jak

pozosta³e wyprowadzenia proce-

sora, jest prze³¹czane na kabel

emulacyjny (Z2). Jeúli z†urucha-

mianego modu³u przyjdzie na to

wejúcie niski stan logiczny, pro-

cesor rozpocznie wykonywanie

Elektronika Praktyczna 3/99

R7: 330

C4, C5: 1

Programator − emulator mikrokontrolerów AT89Cx051

w†uk³ady nadzoru napiÍcia

i†watch-dog. Nie wszystkie tego

typu uk³ady zezwalaj¹ na zwie-

ranie swojego wyjúcia do napiÍ-

cia zasilaj¹cego.

Do programatora dobudowano

prosty, ale bardzo uøyteczny

wskaünik zatrzymania procesora.

Wskaünik ten tworz¹ dwie bramki

NOR z†uk³adu U9 i†dioda LED4

zielona z†rezystorem szeregowym

R7. W†czasie normalnej pracy pro-

cesora na wyjúciu XTAL2 wystÍ-

puje przebieg sinusoidalny o†am-

plitudzie bliskiej 5V i†czÍstotli-

woúci zaleønej od do³¹czonego

kwarcu. Przebieg ten po przejúciu

przez bramkÍ NOR (11,12,13) U9

(ukszta³towany do przebiegu pros-

tok¹tnego) zasila diodÍ LED4, ktÛ-

ra úwiec¹c sygnalizuje wykonywa-

nie programu. Jeúli procesor na-

potka rozkaz ustawiaj¹cy bit PD

w†rejestrze PCON, przejdzie

w†stan Power Down. W†stanie

tym wewnÍtrzny generator jest

zatrzymany, a†na wyjúciu XTAL2,

zgodnie ze schematem na rys. 3 ,

wystÍpuje wysoki stan logiczny,

ktÛry powoduje wygaszenie dio-

dy. Bramka (8,9,10) U9 blokuje

wskaünik na czas programowania

pamiÍci FLASH.

Programista umieszczaj¹c

w†programie rozkaz:

ORL PCON,#02H ;w asemblerze

lub

PCON |= 0x02 /* w języku C */

moøe sprawdziÊ, czy procesor

wykonuj¹c program doszed³ do

tego miejsca. Dodatkow¹ zalet¹

jest, øe procesor po takim zatrzy-

maniu zachowuje stan portÛw

wyjúciowych. Wad¹ jest to, øe aby

ponownie uruchomiÊ procesor, na-

leøy go wyzerowaÊ.

Podstawowe cechy programatora

Zalety:

komunikuje się z komputerem łączem

szeregowym RS232C;

Ograniczenia

Bardzo oszczÍdna konstrukcja

programatora narzuci³a kilka

ograniczeÒ. Przede wszystkim

moøliwy jest wybÛr tylko dwÛch

trybÛw programowania Chip Era-

se i†Write Code Data. Zatem nie

ma moøliwoúci programowania

bitÛw zabezpieczaj¹cych LB1

i†LB2 (Write Lock Bit 1/2), od-

czytania bajtu sygnatury (Read

Signature Byte) czy nawet od-

czytania zapisanych bajtÛw pro-

gramu (Read Code Data) w†celu

ich weryfikacji.

Zasilanie programatora z†uru-

chamianego uk³adu narzuca ko-

niecznoúÊ zaprojektowania zasi-

lacza z†niewielkim zapasem mo-

cy. W†rzadkich przypadkach, gdy

to nie jest moøliwe, naleøy za-

stosowaÊ dodatkow¹ przejúciÛw-

kÍ, ktÛra umoøliwi zasilanie pro-

gramatora z†zewnÍtrznego zasila-

cza. PrzejúciÛwkÍ tak¹ moøna

zbudowaÊ z†podstawki DIL20 na-

sadzonej na wtyk emulacyjny.

Odcinek niebieskiego przewodu

delikatnie dolutowujemy do pi-

nu nr 10 podstawki. Drugi ko-

niec przewodu pod³¹czamy do

masy zasilacza. Do pinu nr 20

dolutowujemy kabel czerwony

i†resztÍ tego pinu obcinamy.

Czerwony przewÛd do³¹czamy do

wyjúcia +5V w†zasilaczu. Tak

przygotowany ìwtykî wk³adamy

w†podstawkÍ uk³adu uruchamia-

nego zwracaj¹c uwagÍ, aby skrÛ-

zapewnia izolację galwaniczną między

komputerem i uruchamianym układem;

nie wymaga specjalnego oprogramowania −

do obsługi wystarczają programy systemowe

komputera;

na czas programowania odłącza procesor od

uruchamianego układu, po zaprogramowa−

niu przyłącza go z powrotem.

Wady:

zapisywany program musi być w postaci

binarnej;

wymaga, aby pierwszy bajt programu miał

wartość 02H;

nie sprawdza, czy zapisywany program

zmieści się w pamięci;

nie weryfikuje poprawności zapisanego

programu;

nie ma możliwości programowania bitów

zabezpieczających;

jest zasilany z uruchamianego układu −

pobiera około 16mA w stanie spoczynku

i 26mA w czasie programowania.

Podstawowe właściwości emulatora

Zalety:

pracuje z rezonatorem kwarcowym układu

uruchamianego;

w pełni emuluje wszystkie piny procesorów

AT89Cx051 łącznie z analogowymi

wejściami komparatora;

jest wyposażony w przycisk RESET zerujący

procesor;

posiada optyczny wskaźnik pracy/

zatrzymania procesora.

Wady:

jest zasilany z uruchamianego układu −

pobiera około 33mA przy 12MHz w trybie

emulacji.

cony pin 20 ìwtykuî nie zetkn¹³

siÍ z†odpowiadaj¹cym mu sty-

kiem w†podstawce uk³adu uru-

chamianego.

Tomasz Gumny, AVT

Elektronika Praktyczna 3/99

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: