JuPIC

89Elektronika Praktyczna 3/2003

P R O J E K T Y

JuPICProgramator mikrokontrolerów PICwspółpracujący z programem MPLAB

AVT−5100

Kaødy uøytkownik mikrokon-trolerÛw PIC spotka³ siÍ zapewnez†problemem wyboru sprawnegonarzÍdzia do programowania.W†niniejszym artykule chcÍ przed-stawiÊ jedno z†rozwi¹zaÒ uk³ado-wych, ktÛre wykorzystuje profes-jonaln¹ aplikacjÍ programow¹ fir-my Microchip.Od kilku lat jesteúmy úwiad-

kami ogromnego postÍpu w†dzie-dzinie elektroniki cyfrowej i†nie-zast¹pionych w†niej mikroproce-sorÛw i†mikrokontrolerÛw. StopieÒz³oøonoúci tych uk³adÛw†wzrastaw†szybkim tempie, powoduj¹c ko-niecznoúÊ przyswajania coraz tonowej wiedzy. Najszybszym spo-sobem na osi¹gniÍcie tego celujest wykorzystanie programÛw in-teraktywnych, poúrednicz¹cychmiÍdzy uøytkownikiem a†urz¹dze-niem. Kaøda firma chc¹ca wejúÊna rynek ze swoimi mikrokontro-lerami udostÍpnia zazwyczaj spe-cjalne oprogramowanie, ktÛreumoøliwia korzystanie z†oferowa-nych uk³adÛw. Obserwuj¹c rynekmikrokontrolerÛw jednouk³ado-wych, moøna zauwaøyÊ, iø coraz

Konstruktorzy s¹ bezw¹tpienia ludümi rÛwnie

leniwymi, jak wszyscy inni.St¹d pomys³ tworzenia dla

nich, a zw³aszcza dlaprogramistÛw, zintegrowanych

narzÍdzi projektowych.W†artykule przedstawiamy

projekt programatoramikrokontrolerÛw PIC, ktÛry

doskonale ìwtapiaî siÍw†úrodowisko MPLAB, dziÍki

czemu przygotowanieoprogramowania

mikrokontrolerÛw moønazrealizowaÊ za pomoc¹jednego tylko programu.Rekomendacje: doskona³e

narzÍdzie przystosowane dobezpoúredniej wspÛ³pracy ze

úrodowiskiem MPLAB. Idealnerozwi¹zanie dla

projektantÛw†korzystaj¹cychz†mikrokontrolerÛw PIC firmy

Microchip.

wiÍksza liczba producentÛw udo-stÍpnia darmowe oprogramowa-nie, serwis informacyjny oraz do-kumentacjÍ techniczn¹, chc¹cprzyci¹gn¹Ê do swoich produktÛwjak najwiÍksz¹ grupÍ uøytkowni-kÛw. Jedn¹ z†firm, ktÛra wysz³anaprzeciw tym wymaganiom, jestfirma Microchip produkuj¹ca mik-rokontrolery rodziny PICmicro.Przedstawiony w†niniejszym ar-

tykule programator JuPIC powsta³jako czÍúÊ pracy dyplomowej wy-konywanej na Politechnice ål¹s-kiej i†jest wynikiem wielotygo-dniowej pracy nad protoko³emkomunikacyjnym. Programator jestprzeznaczony do programowaniamikrokontrolerÛw serii ìFî z†pa-miÍci¹ typu Flash: PIC16F627,PIC16F628, PIC16F83, PIC16F84,PIC16F84A, PIC16F870, PIC16F871,PIC16F872, PIC16F873, PIC16F874,PIC16F876, PIC16F877, a†takøePIC12F675 i†PIC16F629.WspÛ³pracuje on ze zintegro-

wanym úrodowiskiem uruchomie-niowym MPLAB IDE firmy Mic-rochip i obs³uguje protokÛ³ komu-nikacyjny zgodny z†protoko³em

JuPIC

Elektronika Praktyczna 3/200390

oryginalnego programatora PICS-TART Plus (opracowanego przezfirmÍ Microchip). Tym samymmoøliwe jest wykorzystanie potÍø-nych moøliwoúci jakie daje oprog-ramowanie MPLAB pracuj¹cew†úrodowisku graficznym Win-dows. Firma Microchip rozpo-wszechnia ten program jako free-ware i†moøna go pobraÊ ze stronyinternetowej http://www.micro-chip.com/1010/pline/tools/picmic-ro/devenv/mplabi/index.htm. Naj-nowsza wersja oprogramowanianosi oznaczenie 6.10. MPLABi†pozwala na zapisywanie, moni-torowanie i†optymalizacjÍ aplika-cji PICmicro. Zawiera wbudowanyedytor tekstu, symulator, kompi-lator, obs³ugÍ projektÛw†oraz pro-gramator. Program z†wbudowany-mi wieloma funkcjami pozwalam.in. na:- tworzenie i†edycjÍ plikÛw ürÛd-³owych,

- grupowanie plikÛw w†projekty,- wyszukiwanie b³ÍdÛw kodu,- asemblacjÍ, kompilacjÍ i†linko-wanie kodu ürÛd³owego,

- wyznaczanie zaleønoúci czaso-wych,

- podgl¹danie zmiennych w†cza-sie pracy programu,

- symulacjÍ dzia³ania programu,- komunikacjÍ z†urz¹dzeniem PIC-START Plus (JuPIC),

- rozwi¹zywanie problemÛw z†wy-korzystaniem podrÍcznej pomo-cy,

- debugowanie za pomoc¹ proto-ko³u ICD.MPLAB jest ³atwym do nauki

úrodowiskiem programowym, do-starczaj¹cym programiúcie ogrom-nych moøliwoúci tworzenia no-wych aplikacji. Przyst¹pienie dopracy z†mikrokontrolerem wymagasprzÍøenia go z†urz¹dzeniem pro-gramuj¹cym. WspÛ³praca progra-matora JuPIC z†programemMPLAB moøe odbywaÊ siÍ tylkoza pomoc¹ protoko³Ûw komunika-cyjnych oryginalnych urz¹dzeÒ fir-my Microchip, czyli np. PICS-TART Plus.Programator JuPIC zbudowany

zosta³ w†oparciu o†mikrokontrolerPIC16F628, ktÛry obecnie zdoby-wa coraz wiÍksz¹ popularnoúÊ zewzglÍdu na swoj¹ funkcjonalnoúÊ.Programator w†po³¹czeniu z†pro-gramem MPLAB tworzy niezwyklesprawne i†profesjonalne narzÍdzieprogramisty. FunkcjonalnoúÊ tego Rys. 1. Schemat elektryczny układu

JuPIC

91Elektronika Praktyczna 3/2003

zestawu powoduje, øe moøe byÊprzeznaczony do ma³ych i†úred-nich zastosowaÒ, a†polecany jestzarÛwno dla uøytkownikÛw po-cz¹tkuj¹cych, jak i†zaawansowa-nych.

Opis uk³aduSchemat programatora przed-

stawiono na rys. 1. Sk³ada siÍ onze: stabilizatora +5V, translatorapoziomÛw MAX232, klucza na-piÍciowego i†mikrokontroleraPIC16F628, ktÛry jest taktowanysygna³em zegarowym o czÍstotli-woúci ustalonej przez rezonatorkwarcowy 11059200Hz.Praca mikrokontrolera polega

na obs³udze protoko³u komunika-cyjnego pomiÍdzy programatorema†programem MPLAB oraz na wy-tworzeniu odpowiedniego prze-biegu programuj¹cego na wyj-úciach programuj¹cych (sygna³yDATA, CLOCK, MCLR, LVP). Pro-tokÛ³ programuj¹cy nie jest udo-stÍpniany w†dokumentacji tech-nicznej firmy Microchip, a†jegoopis wykracza poza ramy niniej-szego artyku³u, dlatego nie zosta-nie tu przedstawiony.Na p³ytce programatora znajdu-

j¹ siÍ dwie zworki: JP1, JP2i†przycisk ERASE. Programowaniemikrokontrolera jest sygnalizowa-ne migotaniem diody LED.Do zasilania programatora za-

lecane jest zastosowanie zasilaczastabilizowanego 12...14 V†o†wy-dajnoúci ok. 250 mA. Zasilaczzbudowany zosta³ w†oparciu o†sta-bilizator 7805 (US). Szeregowow³¹czona dioda DZ zabezpieczaprzed nieprawid³owym pod³¹cze-niem zasilacza zewnÍtrznego.Obs³uga programatora JuPIC

przebiega identycznie jak wspo-mnianego juø programatora PICS-TART Plus.Elementem sprzÍgaj¹cym pro-

gramator z†komputerem jest kon-werter poziomÛw napiÍÊ MAX232(U2), co wynika z†faktu, øe portymikrokontrolera pracuj¹ w†stan-dardzie TTL. Przetwornik pracujez†czterema liniami RS232: TXD,RXD, RTS, CTS, przez ktÛre uk³admoøe nawi¹zaÊ transmisjÍ typuhandshaking. Wykorzystuj¹c uk³adMAX232, otrzymujemy na liniachnapiÍcia o wartoúciach zbliøonychdo standardu RS232. JuPIC ³¹czysiÍ z†komputerem poprzez szere-gowe ³¹cze RS232C kablem typuìmodemî (straight through), ktÛryjest takøe wykorzystywany przy³¹czeniu oryginalnego programato-ra PICSTART Plus. Siedmioøy³o-wy kabel ³¹cz¹cy jest zakoÒczonymÍskim gniazdem DB-9 od stronyprogramatora i†øeÒskim DB-9 lubDB-25 od strony komputera.W†tab. 1 przedstawiono wykazsygna³Ûw uøywanych przez pro-gramator oraz opis wyprowadzeÒ³¹cz.Port szeregowy programatora

pracuje z†nastÍpuj¹cymi paramet-rami: prÍdkoúÊ 19200b/s, ramka8†bitÛw, bez parzystoúci, 1†bit sto-pu (8N1), sprzÍtowy handshakingpoprzez sygna³y RTS i†CTS.Klucze tranzystorowe (T1...T3)

zapewniaj¹ przy³¹czenie jednegoz†trzech poziomÛw napiÍÊ na wej-úcie MCLR: VSS = 0V, VDD = 5Voraz VPP = 12 V, zapewniaj¹c†tymsamym wymagane funkcje proto-ko³u ICSP. Sygna³ steruj¹cy sk³a-

da siÍ z†dwÛch bitÛw, ktÛrychkombinacje wartoúci oznaczaj¹ od-powiednie napiÍcia wyjúciowe.SposÛb kodowania zestawionow†tab. 2.Po podaniu na wyjúcia RA0

i†RA1 stanu ì0î zatkane zostaj¹wszystkie tranzystory i†na wyjúciupojawi siÍ potencja³ VDD (R7 pra-cuje jako pull-up). Po podaniu nawyjúcie RA1 stanu ì1î zostajewysterowany tranzystor T3 i†nawyjúciu otrzymujemy poziom VSS,niezaleønie od stanu na wyjúciuRA0. Natomiast po podaniu nawyjúcie RA1 stanu ì0î, a†nawyjúcie RA0 stanu ì1î powodu-jemy zatkanie tranzystora T3 i†wy-sterowanie tranzystorÛw T1 i†T2,co spowoduje wyst¹pienie na wyj-úciu napiÍcia programuj¹cego VPP.W†ten sposÛb uzyskujemy moø-

liwoúÊ podawania wszystkich po-trzebnych napiÍÊ na wejúcieMCLR mikrokontrolera.

Rys. 2. Sposób dołączeniamikrokontrolera do złącza ICSP

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów napłytce programatora

Tab. 1. Opis wyprowadzeń złącz komputera i programatora JuPICDB−25 DB−9 Sygnał Kierunek DB−9 SygnałŻeński Żeński PC <−> JuPIC Męski

2 3 TX −> 3 RX3 2 RX <− 2 TX

20 4 DTR −> 4 Data Ready7 5 GND − 5 GND6 6 DSR <− 6 pull up +5V4 7 RTS −> 7 CTS5 8 CTS <− 8 RTS

Rys. 4. W ten sposób włącza siętryb SAFE

JuPIC

Elektronika Praktyczna 3/200392

Programowaniew†systemie ICSPProgramator zosta³ wyposaøony

w†dodatkowe z³¹cze s³uøace doprogramowania zgodne z†protoko-³em ICSP. Otrzymano w†ten spo-sÛb tzw. ìokno na úwiatî, umoø-liwiaj¹c przy³¹czanie do progra-matora JuPIC dowolnie wybranegozewnÍtrznego systemu mikropro-cesorowego. Jedynym warunkiemtego przy³¹czenia jest zachowaniestandardu ³¹cza oraz zgodnoúÊprotoko³Ûw programuj¹cych. Narys. 2 przedstawiono sposÛb przy-³¹czania uk³adu zewnÍtrznego.

Funkcje programatoraProgramator posiada szereg

funkcji i†usprawnieÒ rozszerzaj¹-cych jego moøliwoúci:- Uk³ad ma przycisk kasowania,ktÛrym bez pod³¹czania progra-matora do komputera moønawyzerowaÊ pamiÍÊ mikrokontro-lera (takøe Code Protection).Aby wykasowaÊ pamiÍÊ, naleøynacisn¹Ê i†przytrzymaÊ klawiszERASE przez 2†sekundy - diodaLED zasygnalizuje wyzerowaniemikrokontrolera.

- Wprowadzono diodÍ sygnaliza-cyjn¹ LED, ktÛra sygnalizujeaktualne stany programatora:- dwa podwÛjne krÛtkie b³yskidiody - za³¹czenie zasilaniai†inicjacja programatora,

- dioda úwieci úwiat³em ci¹g³ym

- programator gotowy do pra-cy,

- dioda pulsuje rÛwnomiernieszybko - nawi¹zywana jestkomunikacja z†programemMPLAB IDE,

- dioda pulsuje rÛwnomierniewolno - programator jestw†trakcie wymiany danychz†programem MPLAB IDE (za-pis/odczyt),

- dioda gaúnie - reakcja naprzyciúniÍcie klawisza,

- 3†krÛtkie b³yski diody - mik-rokontroler zosta³ wykasowa-ny,

- dioda okresowo nadaje 3†krÛt-kie b³yski - zawieszenie pro-gramatora, naruszenie struktu-ry programu, konieczna wy-miana oprogramowania.

- Wprowadzono z³¹cze ICSP, czy-li moøliwoúÊ programowaniaw†systemie (na p³ytce) bez ko-niecznoúci wyjmowania mikro-kontrolera z†uruchamianegourz¹dzenia.

- Wprowadzono moøliwoúÊ pro-gramowania mikrokontrolerÛww†trybie LVP.

- Wyprowadzono podstawkÍDIP18, ktÛra umoøliwia progra-mowanie mikrokontrolera bezkoniecznoúci pod³¹czania prze-wodÛw. Do podstawki moønaw³oøyÊ mikrokontrolery, ktÛremaj¹ kompatybilne wyjúciaz†uk³adem PIC16F628.

- Wyprowadzono zworki konfigu-racyjne, ktÛre pozwalaj¹ przy-stosowaÊ programator do w³as-nych potrzeb.

- Procedury programuj¹ce zosta³ypoddane optymalizacji, co po-woduje przyspieszenie progra-mowania mikrokontrolerÛw. Za-wartoúÊ kaødej komÛrki przedzaprogramowaniem jest porÛw-nywana z†wartoúci¹, ktÛra mabyÊ do niej wpisana i†jeúli jesttaka sama, operacja zapisu jestpomijana.

Montaø i†uruchomienieProgramator zmontowano na

dwustronnej p³ytce drukowanej,ktÛrej schemat montaøowy przed-stawiono na rys. 3. Montaø prze-prowadzamy typowo, rozpoczyna-j¹c od elementÛw najniøszych,a†koÒcz¹c na wlutowaniu z³¹czaRS232. Na koÒcu, po zmontowa-niu p³ytki, naleøy w³oøyÊ uk³adyscalone do wlutowanych wczeú-niej podstawek.Programator po w³¹czeniu za-

silania jest gotowy do pracy i†niewymaga uruchamiania, natomiastwymagane jest zapoznanie siÍz†trybami pracy, jakie uk³ad udo-stÍpnia i†odpowiednie skonfiguro-wanie zworek.

Konfiguracja programatoraProgramowanie moøe odbywaÊ

siÍ dwoma sposobami:- napiÍciem wysokim HVP (12...14†V)- zworka ìLVP ONî roz³¹czona,

- napiÍciem niskim LVP (5 V) -zworka ìLVP ONî zwarta (fun-

Rys. 5. Sposób dołączenia programowanegomikrokontrolera do programatora pracującegow trybie SAFE

Rys. 6. W ten sposób włącza siętryb VCC

Tab. 2. Sposób kodowania napięciaprogramującegoRA0 RA1 Napięcie Funkcja

0 0 VDD Praca− 1 VSS Reset1 0 VPP Programowanie

Tab. 3. Rozmieszczenie wyprowadzeńzłącza ICSP zaproponowane przezfirmę Microchip

Styk Funkcja Port

1 MCLR MCLR2 VCC VDD3 GND VSS4 DATA RB75 CLOCK RB66 LVP RB3/4

Rys. 7. Sposób dołączenia programowanego mikrokontrole−ra do programatora pracującego w trybie VCC

JuPIC

93Elektronika Praktyczna 3/2003

kcja ìdzia³aî tylko dla mikro-kontrolerÛw posiadaj¹cych trybLVP).Moøliwe s¹ rÛwnieø 4†tryby

pracy ze wzglÍdu na zasilanieuk³adu:1. Tryb SAFE - bezpiecznyUaktywnienie trybu nastÍpuje

po za³¹czeniu zworki ìSAFEî (rys.4). Tryb ten pozwala na progra-mowanie mikrokontrolera najbez-pieczniejszym sposobem. NapiÍciena wyprowadzenia mikrokontrole-ra jest podawane przez klucz T4za³¹czany tylko podczas jego pro-gramowania (zapis/odczyt), nato-miast po operacji wymiany da-nych jest odcinane. Zalecane jest,aby w†tym trybie nie zasilaÊ zez³¹cza ICSP øadnego uk³adu ze-wnÍtrznego (rys. 5).2. Tryb VCC - z†bezpoúrednimzasilaniemUaktywnienie trybu nastÍpuje

po za³¹czeniu zworki ìVCCî (rys.6). Tryb ten pozwala bezpoúred-nio zasilaÊ programowany mikro-kontroler napiÍciem 5†V, podawa-nym z†zasilacza umieszczonego nap³ytce (rys. 7). NapiÍcie jest po-dawane ca³y czas na wyprowadze-nia mikrokontrolera i†dlatego na-leøy zachowaÊ ostroønoúÊ podczasjego wk³adania lub wyjmowaniaz†podstawki. Jeúli mikrokontrolerjest programowany nie w†pod-stawce, lecz poprzez z³¹cze ze-wnÍtrzne ICSP, napiÍcie podawa-ne jest rÛwnieø na przy³¹czonyuk³ad. W†ten sposÛb moøna wy-korzystaÊ zasilacz programatora

Rys. 8. W ten sposób włącza sięzależny tryb pracy (bez zasilacza)

Rys. 10. W ten sposób włącza sięniezależny tryb pracy

Rys. 9. Sposób dołączenia programowanego mikrokontrolera doprogramatora pracującego w trybie zależnym

WYKAZ ELEMENTÓW

RezystoryR1, R7, R9, R10: 10kΩR2, R3, R4: 2kΩR5: 100ΩR6: 1kΩR8: 4,7kΩKondensatoryC1, C3: 100µF/25VC2, C4, CB1, CB2: 100nFC5, C6, C7, C8: 10µF/25VCP1: 220pFCX1, CX2: 22pFPółprzewodnikiU1: PIC16F628 (zaprogramowany)U2: MAX232US: 7805D1: 1N4148DZ: 1N4007LED czerwonaT1, T3: BC238T2, T4: BC307RóżneXTAL: kwarc 11,0592MHzJZ: złącze zasilaniaSW1: microswitchJ1: złącze RS żeńskieJ3: podstawka precyzyjna 18 pinJ4: złącze 6 pin do drukuJP1: zworka 2 pinJP2: zworka 3 pin

Rys. 12. Widok panelu obsługiprogramatora w MPLAB

Rys. 11. W taki sposób widziany jestJuPIC przez MPLAB

do zasilania uk³adu programowa-nego. Jedynym ograniczeniem jesttu wydajnoúÊ pr¹dowa stabilizato-ra i†maksymalny pr¹d zabezpie-czaj¹cej diody szeregowej, dlategonaleøy wzi¹Ê ten fakt pod uwagÍ,aby nie spaliÊ elementÛw†zasila-cza na p³ytce.3. Tryb zaleøny - bez zasilaczaUaktywnienie trybu nastÍpuje

po za³¹czeniu zworki ìVCCîi†ìLVP ONî (rys. 8). Tryb tenpozwala na pracÍ programatorabez w³asnego zasilania. NapiÍcieniezbÍdne do pracy programatora(5 V) jest podawane bezpoúrednioz†uk³adu programowanego przezz³¹cze ICSP (rys. 9). W†tej kon-figuracji moøliwa jest tylko pracaz†mikrokontrolerami, ktÛre mog¹byÊ programowane niskim na-piÍciem (LVP). Podczas pracyw†tym trybie nie wolno pod³¹czaÊzasilania do programatora, ponie-waø moøe ulec uszkodzeniu sta-bilizator.

4. Tryb niezaleøny - z†podwÛj-nym zasilaniemUaktywnienie trybu nastÍpuje

po roz³¹czeniu zworki ìSAFEîi†ìVCCî (rys. 10). Tryb ten po-zwala na podawanie zasilaniaz†dwÛch rÛønych ürÛde³. Progra-mator zasilany jest z†w³asnegostabilizatora, natomiast programo-wany mikrokontroler jest zasilanyze z³¹cza ICSP.Instalacja programatora prze-

biega nastÍpuj¹co:- programator umieszczamy nastabilnym, nieprzewodz¹cym

JuPIC

Elektronika Praktyczna 3/200394

pod³oøu,- pod³¹czamy przewÛd RS232 dokomputera i†programatora,

- pod³¹czamy zasilacz do sieci,a†nastÍpnie przewÛd zasilania12V do programatora,

- umieszczamy programowanymikrokontroler w†podstawce lubpod³¹czamy przewÛd programo-wania ICSP,

- uruchamiamy na komputerzeprogram MPLAB IDE,

- uaktywniamy programator, wy-bieraj¹c z†menu PICSTART PlusfunkcjÍ Enable Programmer -w†programie MPLAB IDE pojawisiÍ okno inicjacji programatora,po czym otrzymamy aktywnyinterfejs uøytkownika; progra-mator JuPIC przedstawia siÍw†wersji 2.30.00 (rys. 11).Po kompilacji przygotowanego

projektu otrzymujemy kod wyni-kowy w†postaci pliku typu IntelHEX, ktÛry moøemy wprowadziÊdo programowanego mikrokontro-lera (Program).Na panelu programatora (rys.

12) dostÍpne s¹ takøe funkcjeodczytu (Read) i†weryfikacji (Ve-rify) kodu, moøna rÛwnieø spraw-dziÊ, czy pod³¹czony mikrokont-roler ma skasowan¹ pamiÍÊ pro-gramu (Blank). Dodatkowo, odwersji programu MPLAB 5.70wprowadzono przycisk kasowaniamikrokontrolera (Erase Flash De-vice).ProtokÛ³ programuj¹cy zaim-

plementowany w†urz¹dzeniu spe³-nia wszystkie wymagania elekt-ryczno-czasowe, jakie narzucones¹ do prawid³owego zaprogramo-wania mikrokontrolera i†jest ca³-kowicie zgodny z†dokumentacj¹techniczn¹ firmy Microchip.Adam Jurkiewicz

Wzory p³ytek drukowanych w for-macie PDF s¹ dostÍpne w Interneciepod adresem: http://www.ep.com.pl/?pdf/marzec03.htm oraz na p³ycieCD-EP3/2003B w katalogu PCB.