Programowanie w układzie (in-circuit).pdf

http://www.easy-soft.tsnet.pl/

Programowanie w układzie („in-circuit”)

Artykuł zawiera garść porad na temat programowania mikrokontrolerów w układzie. Przykłady aplikacji

opisane w artykule wykorzystywać będą mikrokontrolery AVR, AT89S, 89C51RD2 oraz programator

opisywany na tej stronie.

ICP lub ISP, czyli programowanie mikrokontrolera w układzie.

Co oznacza skrót ISP lub ICP? Ten pierwszy pochodzi od słów In circuit Serial Programming, ten

drugi jest bardziej bezpośredni i pochodzi od In Circuit Programming. Oba oznaczają to samo. Jest to

po prostu możliwość programowania mikrokontrolera w płytce, bez wylutowywania go, czy

wyjmowania z podstawki. Jest to bardzo wygodne rozwiązanie, zwłaszcza dla elektronika - amatora,

które umożliwia mu uruchomienie urządzenia czy wykonanie zmian w programie bez „dewastowania”

całego układu. Nie do pominięcia jest również fakt, że niektóre mikrokontrolery (np. z serii HC firmy

MOTOROLA czy ATMega firmy ATMEL) producent wyposaża w mechanizmy sprzętowych pułapek

oraz możliwość pracy krokowej, umożliwiając w ten sposób tanie uruchamianie układu krok po kroku,

bez użycia kosztownego emulatora sprzętowego a następnie zapis gotowej, uruchomionej aplikacji do

pamięci programu. Wróćmy jednak do tematu artykułu.

Aby programowanie mikrokontrolera w układzie było możliwe, projektant układu (aplikacji mikrokontro-

lera) musi komponując otoczenie układu, spełnić pewne podstawowe warunki. Po pierwsze musi

pamiętać, że bardzo często linie służące do zapisu pamięci FLASH są wykorzystywane również przez

układy peryferyjne, również czasami jako dwukierunkowe. Na przykład UART (jednokierunkowo,

doprowadzenia RxD i TxD mikrokontrolera) czy SPI (jednokierunkowo tylko, jeśli mikrokontroler

pracuje wyłącznie w jednym z trybów, jako master lub jako slave ; doprowadzenia MISO, MOSI, SCK

oraz ewentualnie SS). Programowanie mikrokontrolera nie może też zakłócać pracy dołączonych

układów. Po drugie należy spełnić takie warunki dopasowania sygnałów programujących, aby

(zwłaszcza przy programowaniu mikrokontrolerów przez SPI!) sygnał SCK miał odpowiednio krótkie

czasy narostu i opadania zboczy. Najlepiej aby nie przekraczały one 70..100ns. Niedopuszczalne jest

również, aby sygnały programujące były zniekształcone, aby - zwłaszcza na zboczach sygnałów -

występowały objawy wzbudzania się układu.

Mikrokontrolery firmy ATMEL z serii AVR i AT89S.

Zapis pamięci przez interfejs SPI.

Programowanie mikrokontrolerów AT89S oraz AVR odbywa się przy aktywnym sygnale reset .

Mikrokontrolery AVR wymagają, aby reset był logicznym „0”, AT89S aby reset był „1”. Zapis pamięci

FLASH i EEPROM odbywa się przez interfejs szeregowy SPI. Programator przejmuje rolę układu

master transmisji, natomiast programowania mikrokontroler pracuje jako slave. W takiej sytuacji to

programator steruje i zarządza transmisją, można powiedzieć, że mikrokontroler jest sterowanym,

biernym układem.

Zazwyczaj, jeśli jest taka konieczność, w budowanych przez siebie aplikacjach wykorzystuję sygnał

reset do sterowania pracą bufora separującego linie interfejsu od programatora. Bufor rozdzielający

układy i programator dobrze jest wykonać z wykorzystaniem układów cyfrowych z serii TTL-LS, HCT

lub innych. Mogą to być zwykłe bramki NAND, bramki trójstanowe lub multipleksery. W ten sposób

można dodatkowo wpływać na kształt sygnału programującego, niwelując wpływ długich przewodów

powodujących „rozciągnięcie” zboczy sygnałów * . Oczywiście dopuszczalne jest również użycie kluczy

analogowych, jednak układy te raczej nie kształtują sygnału wejściowego. Dociera on do układu

programowanego taki, jaki był na wejściu układu klucza.

Na rysunku 1 umieściłem przykład opisywanego wyżej rozwiązania. Układ multipleksera 74LS157

pełni rolę bufora separującego programator od układów sterowanych przez mikrokontroler z

wykorzystaniem SPI. Oczywiście układ zbudować można w dowolny, inny sposób zwłaszcza, że wadą

przedstawionego układu jest jednokierunkowość linii. Mogą one pracować wyłącznie jako wejścia lub

wyjścia, zgodnie z wymogami standardu SPI. Kierunkiem przepływu informacji steruje sygnał reset

wybierający, zależnie od swojej fazy, wejścia A lub B multipleksera (w stanie spoczynkowym pracują

wejścia A, w stanie programowania wejścia B).

* Używając programatora ICP opisywanego na tej stronie z kablem o długości około 30 cm nie zaobserwowałem negatywnego wpływu

długości taśmy łączącej programator z układem na pracę programatora.

J.Bogusz: „Programowanie AT89S8252 w układzie” strona 1 z 5

http://www.easy-soft.tsnet.pl/

Rys.1. Układ multipleksera jako separator programatora i układów z interfejsem SPI.

Umieszczone na rysunku 1 rozwiązanie dotyczy mikrokontrolera z rodziny AVR. Analogicznie można

zbudować układ przeznaczony dla AT89S pamiętając jednak, że układ ten wymaga sygnału reset w

przeciwnej fazie.

Na rysunku 2 umieściłem fragment schematu urządzenia, które zbudowano w oparciu o AT89S8252,

posiadające możliwość programowania mikrokontrolera w układzie. Układ U1 to właściwy

mikrokontroler. U3 to TL7705 produkowany przez firmę Texas Instruments, to tzw. resetter - układ,

którego zadaniem jest (w dużym uproszczeniu) wysłanie sygnału "reset" po załączeniu napięcia

zasilania. Inną odmianą tego układu jest TLC7705 ale uwaga: ma inaczej rozmieszczone

wyprowadzenia.

Rys.2. Przykład aplikacji AT89S8252 programowanego „in-circuit”

J.Bogusz: „Programowanie AT89S8252 w układzie” strona 2 z 5

http://www.easy-soft.tsnet.pl/

Programowanie układu AT89S8252 poprzez interfejs szeregowy wymaga aby sygnał "reset" miał

poziom wysoki. Jest to możliwe po podaniu na wejście /RIN (nóżka 2) układu TL7705 poziomu

niskiego. Ponieważ programator, którego używałem nie umożliwiał wyboru dowolnej fazy sygnału

reset dla programowanego mikrokontrolera wymuszając stan logiczny niski dla wszystkich

Rys 3. Buforowanie sygnałów MISO, MOSI i SCK.

programowanych układów, to niejako „na doczepkę”, musiałem używać bramki inwertora (na

schemacie U4A/74HCT14) albo tranzystora do odwrócenia polaryzacji reset ze złącza programatora.

Wejście bramki podłączone jest poprzez rezystor 390 Ohm do masy zasilania w celu wymuszenia

J.Bogusz: „Programowanie AT89S8252 w układzie” strona 3 z 5

http://www.easy-soft.tsnet.pl/

poziomu wysokiego na wyjściu bramki, gdy jej wejście nie jest podłączone do żadnego innego

potencjału. Dalsze sygnały podane są bezpośrednio na wyprowadzenia MISO, MOSI i SCK. Układ

mikrokontrolera jest programowany gdy napięcie zasilania jest włączone. W związku z tym, dla

uproszczenia programatora, napięcie +5V potrzebne do jego zasilania pobierane jest z

programowanego układu. Tyle słowem komentarza.

Na rysunku 3 umieściłem fragment schematu urządzenia praktycznie pokazujący, w jaki sposób

można sobie poradzić, gdy MISO, MOSI i SCK muszą być użyte w zupełnie innym jeszcze celu.

Oczywiście to propozycja, pewna odmiana aplikacji z rysunku 1. Jak łatwo zauważyć, sygnały MISO,

MOSI i SCK pod nazwami CL0, CL1 i M.STILL są wykorzystywane również do sterowania silnikiem

krokowym (złącze G7). Sygnał reset (RST) z TL7705 doprowadzany jest - w odwrotnej fazie niż

wymaga tego AT89S8252 - do bufora U9 (74HCT541), poprzez który wyprowadzane są sygnały

sterujące na zewnątrz, między innymi MISO, MOSI i SCK pracujące jako porty wyjściowe. Pojawienie

się stanu niskiego sygnału RST powoduje wprowadzenie wyjść HCT541 w stan wysokiej impedancji

tak, że nic nie przedostaje się na zewnątrz. Nic, co mogłoby zakłócić pracę sterowanych urządzeń.

Oczywiście można zbudować taki sam układ w zupełnie inny sposób, na przykład wykorzystując

wspomniane wcześniej klucze analogowe.

Poniżej, na rysunku 4, jeszcze jedno rozwiązanie przeznaczone dla AT90S8515,czyli mikrokontrolera

z rodziny AVR. Tutaj - inaczej niż w przypadku AT89 - nie jest potrzebny układ resettera. Znajduje się

on bowiem wewnątrz struktury układu. Wystarczającym dla wejścia RESET mikrokontrolera jest

podanie +zasilania poprzez rezystor o wartości 10..100k. Oczywiście mam zaufanie do producenta,

jednak mimo wszystko do wejścia RESET mikrokontrolera podłączyłem kondensator elektrolityczny w

celu uzyskania dodatkowego opóźnienia przy załączeniu napięcia zasilania. Równolegle z rezystorem

R1 połączyłem diodę D1, katodą do + zasilania. Ma ona na celu rozładowanie pojemności

kondensatora elektrolitycznego po wyłączeniu zasilania.

Rys.4. Przykład aplikacji AT90S8515 programowanego w układzie.

J.Bogusz: „Programowanie AT89S8252 w układzie” strona 4 z 5

http://www.easy-soft.tsnet.pl/

Mikrokontrolery 89C51RD2 i podobne.

Zapis pamięci przez interfejs UART.

Mikrokontrolery RD2 i podobne programowane są z wykorzystaniem interfejsu UART. Przejście w tryb

programowania wymuszane jest przez podanie stałego poziomu logicznego „1” na wyprowadzenie

PSEN podczas startu mikrokontrolera po załączeniu zasilania czy też ustąpieniu sygnału reset. W

jednej ze swoich aplikacji wykorzystuję do zapisu programu w pamięci FLASH wbudowany w płytkę

driver UART, MAX202. Wszystko, co w takiej sytuacji jest potrzebne, to kabel łączący urządzenie z

komputerem PC oraz aplikacja mikrokontrolera zaprojektowana w taki sposób, że przełączenie zworki

umożliwiało podanie logicznej „1” na PSEN.

Cały ciężar programowania układu spada na oprogramowanie komputera PC. Należy tu nadmienić, że

najbardziej popularne na polskim rynku są układy z serii RD2 produkcji jednej z trzech firm:

nieistniejącej już TEMIC (kupiona przez ATMEL), PHILIPS oraz ATMEL. Oprogramowanie dla

układów TEMIC oraz ATMEL jest obecnie wspólne. Program to freeware, który można ściągnąć ze

strony producenta. Nosi on nazwę ATMEL – FLIP. Oprogramowanie PHILIPS, również darmowe i do

pobrania ze strony WWW producenta, nosi nazwę WinISP. Niestety, mimo niemalże identycznych

nazw, mikrokontrolery różnią się między sobą i w związku z tym programów nie da się używać

zamiennie.

Po uruchomieniu programu, jeśli już podano logiczną „1” na wyprowadzenie PSEN oraz załączono

(restartowano) mikrokontroler, należy z menu wybrać typ używanego a następnie przejść do menu

połączenia i dokonać synchronizacji z programowanym układem. Układ nie zsynchronizowany nie

pozwoli się zapisać! Używając rezonatora 22,1184MHz można zapisywać układ 89C51RD2 z

prędkością aż 115200 bps.

Fot.1. Zrzut ekranu programu ATMEL- FLIP (wersja 1.8.8). Wybór programowanego układu. Obok

symbolu układu znajduje się symbol kabla, zbliżony wyglądem do wtyku USB. To jest właśnie

menu połączenia. Symbol czerwonej książki, to symbol zawartości odczytywanego z dysku lub

zapisywanego na dysku bufora w pamięci RAM.

Jacek Bogusz

jacek.bogusz@easy-soft.tsnet.pl

J.Bogusz: „Programowanie AT89S8252 w układzie” strona 5 z 5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: