ПРОГРАММАТОР PIC-МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗОК

Полезная модель относится к области микропроцессорной и микроконтроллерной схемотехники, а именно к устройствам программирования FLASH-памяти программ и EEPROM-памяти данных современных восьмибитных PIC-микроконтроллеров фирмы Microship.
Известен аналог - Патент на полезную модель №72805 РФ. Бюл. №12 от 27.04.2008 «Программатор памяти программ FLASH и памяти данных EEPROM микроконтроллеров фирмы MICROCHIP» Акиншин Р.Н., Анкудинов К.А., Анкудинов А.И. и др. Аналог (см. приложение 1 - аналог) включает в себя: панели DIP-18, DIP-28 и DIP-40 с тремя керамическими блокировочными конденсаторами для установки PIC-микроконтроллеров среднего и старшего поколений PIC16F83, PIC16F84, PIC16F84A, PIC16F627, PIC16F628, PIC16F873, PIC16F873A, PIC16F874, PIC16F874A, PIC16F876, PIC16F876A, PIC16F877, PIC16F877A, PIC18F242, PIC18F252, PIC18F442, PIC18F452, и др.; СОМ-порт для подключения к компьютеру; выпрямитель с последовательным удвоением и стабилизацией напряжения с двумя электролитическими и двумя блокировочными керамическими конденсаторами, который питается тактовыми импульсами СОМ-порта; транзистор в ключевом режиме с защитными диодами в цепи программирующего вывода MCLR для подачи напряжения программирования на PIC-микроконтроллер; коммутатор на транзисторе, осуществляющий подачу сигналов программирования с СОМ-порта на вывод OSI (PGD) микроконтроллера и проводящий проверку результатов программирования по выводу OSO (РGС); транзисторный регулятор напряжения для установки рабочего напряжения программирования 12-13,5 В на выводе MCLR PIC-микроконтроллера.
Аналогу присущи следующие недостатки:
1. При установке в панели DIP-18, DIP-28 и DIP-40 PIC-микроконтроллера с разворотом на 180(от правильного положения возникает аварийная (нестандартная) ситуация, когда высокий программирующий потенциал 12-13,5 В поступает не на высоковольтный программирующий вход MCLR PIC-микроконтроллера, а может поступить на любой из выводов микроконтроллера, которые предназначены для питания напряжением до 5 В. Такая ситуация является нестандартной (аварийной) и приводит к потере работоспособности PIC-микроконтроллера.
ss
dd
2. При нормальной установке PIC-микроконтроллеров в DIP-панели, но ненадежном контакте или его отсутствие вовсе между одноименными контактами V и V PIC-микроконтроллера в DIP-панели программатора, соответственно, и эта нестандартная ситуация в ряде случаев тоже приводит к выходу из строя программируемых PIC-микроконтроллеров.
Известен прототип - Патент на полезную модель №84175 РФ. Бюл. №18 от 27.06.2009 «Программатор FLASH- и EEPROM-памяти PIC-микроконтроллеров» Румянцев В.Л., Акиншин О.Н., Анкудинов К.А. и др. Прототип (см. приложение 2 - прототип) включает в себя: панели DIP-18, DIP-28 и DIP-40 с тремя керамическими блокировочными конденсаторами для установки PIC-микроконтроллеров среднего и старшего поколений PIC16F83, PIC16F84, PIC16F84A, PIC16F627, PIC16F628, PIC16F873, PIC16F873A, PIC16F874, PIC16F874A, PIC16F876, PIC16F876A, PIC16F877, PIC16F877A, PIC18F242, PIC18F252, PIC18F442, PIC18F452, и др.; СОМ-порт для подключения к компьютеру; выпрямитель с последовательным удвоением и стабилизацией напряжения с двумя электролитическими и двумя блокировочными керамическими конденсаторами, который питается тактовыми импульсами СОМ-порта; транзистор в ключевом режиме с защитными диодами в цепи программирующего вывода MCLR для подачи напряжения программирования на PIC-микроконтроллер; коммутатор на транзисторе, осуществляющий подачу сигналов программирования с СОМ-порта на вывод OSI (PGD) микроконтроллера и проводящий проверку результатов программирования по выводу OSO (PGC); транзисторный регулятор напряжения для установки рабочего напряжения программирования 12-13,5 В на выводе MCLR PIC-микроконтроллера; устройство защиты от выхода из строя программируемых PIC-микроконтроллеров в нестандартных ситуациях, состоящее из балластного резистора, опорного диода и регулирующего транзистора.
Прототипу присущ следующий основной недостаток:
ss
Опыт программирования большой серии PIC-микроконтроллеров показал, что при возникновении нестандартных ситуаций в прототипе защитное устройство программатора, состоящее из балластного резистора, опорного диода и регулирующего транзистора, реагирует на состояние, близкое к короткому замыканию в цепи программирования PIC-микроконтроллера: вывод MCLR (12-13,5 В) - структура микроконтроллера - вывод V (0 В), а быстродействие регулирующего транзистора устройства защиты имеет конечное значение, поэтому в достаточно большом количестве случаев возникновения нестандартных ситуаций, как показала практика - существенная часть PIC-микроконтроллер успевает выйти из строя.
Таким образом, при возникновении нестандартных ситуаций недостатки аналога тоже проявляться и в прототипе только с меньшей вероятностью их появления.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности обеспечения сохранения работоспособности программируемых PIC-микроконтроллеров среднего поколения PIC16F83, PIC16F84, PIC16F84A, PIC16F627, PIC16F628, PIC16F873, PIC16F873A, PIC16F874, PIC16F874A, PIC16F876, PIC16F876A, PIC16F877, PIC16F877A, и др., а также PIC-микроконтроллеров старшего поколения PIC18F242, PIC18F242A, PIC18F252, PIC18F252A, PIC18F442, PIC18F442A, PIC18F452, PIC18F452A и др. в нестандартных ситуациях:
1. При ошибочной установке PIC-микроконтроллеров в панели программирования DIP-18, DIP-28 и DIP-40 с разворотом на 180(от нормального расположения;
ss
dd
2. При нормальной установке микроконтроллеров в DIP-панели, но ненадежном контакте или его отсутствие вовсе между одноименными контактами V и V PIC-микроконтроллера в DIP-панели программатора, соответственно.
ss
dd
Поставленная задача достигается тем, что в программатор PIC-микроконтроллеров с регулируемой защитой от перегрузок, содержащий три панели для установки микроконтроллеров DIP-18, DIP-28 и DIP-40, в которых между выводами V и V установлены керамические блокировочные конденсаторы, СОМ-порт для подключения к компьютеру, выпрямитель с последовательным удвоением и стабилизацией напряжения с двумя электролитическими и двумя блокировочными керамическими конденсаторами, который питается тактовыми импульсами СОМ-порта, транзистор в ключевом режиме с защитными диодами в цепи вывода MCLR для подачи напряжения программирования на микроконтроллер, коммутатор на транзисторе, осуществляющий подачу сигналов программирования с СОМ-порта на вывод OSI (PGD) микроконтроллера и осуществляющий проверку результатов программирования по выводу OSO (PGC), транзисторный регулятор напряжения для установки рабочего напряжения программирования на выводе MCLR микроконтроллера, введено устройство регулируемой защиты от выхода из строя программируемых PIC-микроконтроллеров в нестандартных ситуациях, состоящее из маломощного тиристора, ограничительного резистора, измерительного подстроечного резистора и нормально разомкнутой кнопки сброса.
За счет исключения из прототипа устройства защиты, состоящего из балластного резистора, опорного диода и регулирующего транзистора, и введения в полезную модель устройства регулируемой защиты от выхода из строя программируемых PIC-микроконтроллеров в нестандартных ситуациях, состоящего из маломощного тиристора, ограничительного резистора, измерительного подстроечного резистора и нормально разомкнутой кнопки сброса, обеспечена возможность регулирования тока защиты PIC-микроконтроллеров, что позволило обеспечить получение следующих результатов:
1. При наступлении первой нестандартной ситуации - установка PIC-микроконтроллеров в DIP-панели программатора с разворотом на 180(от нормального расположения всегда, сохраняется работоспособность микроконтроллера за счет ограничения тока через PIC-микроконтроллер до уровня максимально допустимого.
ss
dd
2. При возникновении второй нестандартной ситуации - ненадежный контакт или его отсутствие вовсе между одноименными контактами V и V PIC-микроконтроллера и DIP-панели программатора, также сохраняется работоспособность микроконтроллера за счет ограничения тока программирования через PIC-микроконтроллер до уровня максимально допустимого.
Таким образом, в результате принятых мер полезной моделью обеспечивается возможность сохранения работоспособности программируемых PIC-микроконтроллеров среднего поколения PIC16F83, PIC16F84, PIC16F84A, PIC16F627, PIC16F628, PIC16F873, PIC16F873A, PIC16F874, PIC16F874A, PIC16F876, PIC16F876A, PIC16F877, PIC16F877A, и др., а также PIC-микроконтроллеров старшего поколения PIC18F242, PIC18F242A, PIC18F252, PIC18F252A, PIC18F442, PIC18F442A, PIC18F452, PIC18F452A и др. при возникновении нестандартных ситуаций за счет обеспечения возможности регулирования тока защиты программатора.
На фиг. изображена принципиальная электрическая схема устройства - полезной модели - «Программатор PIC-микроконтроллеров с регулируемой защитой от перегрузок».
СТ
СТ
ss
dd
Программатор PIC-микроконтроллеров с регулируемой защитой от перегрузок (см. фиг.) включает в себя: СОМ-порт (DB9F) 1 с выводами TXD, SG, CTS, DTR и RTS; выпрямитель с последовательным удвоением и стабилизацией напряжения на диодах 2 и 3 (КД522Б), стабилитроне 4 (КС156А с U=5,0-5,5 В при I=20 мА), стабилитроне 5 (КС406Б без подбора параметров), электролитических конденсаторах фильтра 6 и 7 (47 и 220 мкФ), соответственно, блокировочных керамических конденсаторах 8 и 9 (0,1 мкФ); регулятор напряжения на транзисторе 10 (КТ3102Б), подстроечном резисторе 11 (3,3 кОм), резисторе 12 (10 кОм) и электролитическом конденсаторе 13 (100 мкФ), который обеспечивает установку напряжения интервала 12,0-13,5 В на выводе MCLR программируемых микроконтроллеров; транзистор в ключевом режиме 14 (КТ3102Б) с защитными диодами 15 и 16 (КД522Б), обеспечивающий подачу питания на вывод MCLR программируемых микроконтроллеров; панели DIP-18 17, DIP-28 18 и DIP-40 19 для установки программируемых микроконтроллеров, в которых выводы одного функционального назначения объединены, так как одновременно программируется только один микроконтроллер, а на панелях 17, 18 и 19 показаны только выводы питания V и V, зашунтированные блокировочными керамическими конденсаторами 20, 21 и 22 (0,1 мкФ) и выводы программирования MCLR, PGC (OCO), PGD (OCI); электронный коммутатор на транзисторе 23 (КТ3102Б) с резисторами 24 (10 кОм) и 25 (1,5 кОм), осуществляющий коммутацию сигналов программирования микроконтроллеров и проверку результатов программирования, проходящих через СОМ-порт 1 с компьютера и обратно на него; устройство регулируемой защиты от выхода из строя программируемых PIC-микроконтроллеров, состоящее из маломощного тиристора 26 (2У101Б с допустимым прямым током 75 мА, временем включения 10 мкс, напряжением отпирания около 100 мВ, допустимым обратном напряжении 50 В), ограничительного резистора 27 (3,3 кОм), измерительного подстроечного резистора 28 (1 Ом) и нормально разомкнутой кнопки сброса 29.
Программатор PIC-микроконтроллеров с регулируемой защитой от перегрузок (см. фиг.) может работать в стандартном (рабочем) и в нестандартном (аварийном) режимах программирования PIC-микроконтроллеров:
ss
dd
1. Стандартный режим программирования (см. фиг.) - рабочий режим программирования микроконтроллеров, в котором микроконтроллер, подлежащий программированию, вставляется в соответствующую панель программатора 17, 18 или 19, СОМ-порт 1 программатора подключается к компьютеру, на котором установлена одна из известных управляющих программатором программ (например, управляющая программа «IC-Prog», которую можно взять на сайте http://www.ic-prog.com). Далее в управляющую программу заносится полученный любым из известных способов НЕХ-файл алгоритма работы микроконтроллера. Затем управляющая программа подает сигналы на СОМ-порт 1 программатора и последний работает следующим образом: начинает работать выпрямитель с последовательным умножением и стабилизацией напряжения на элементах 2-9; подается питание 5,0-5,5 В на выводы программируемого микроконтроллера V и V; регулятор напряжения на элементах 10-13 подает напряжение 12,0-13,5 В на транзисторный ключ на элементах 14-16; при подаче сигнала TXD с СОМ-порта 1 транзисторный ключ на элементах 14-16 подает питание программирования на вывод MCLR микроконтроллера, который теперь готов непосредственно к записи в него НЕХ-файла алгоритма работы микроконтроллера; по сигналам управляющей программы с компьютера через СОМ-порт 1 электронный коммутатор на элементах 23-25 осуществляет по выводам микроконтроллера OSO (PGC) и OSI (PGD) запись НЕХ-файла в память программ FLASH и память данных EEPROM микроконтроллера с последующей проверкой безошибочности программирования микроконтроллера. Так как перечень программируемых полезной моделью PIC-микроконтроллеров весьма велик, то при программировании различных типов микроконтроллеров иногда возможны случаи когда необходима регулировка напряжения на выводе MCLR микроконтроллера с помощью подстроечного резистора 11.
В рассмотренном стандартном (рабочем) режиме программирования (см. фиг.) введенное в модель устройство регулируемой защиты от выхода из строя программируемых PIC-микроконтроллеров, состоящее из элементов 26-29, не изменяет принципа работы программатора, а «ожидает» нестандартных ситуаций, в которых оно защитит программируемый PIC-микроконтроллер.
2. Нестандартные режимы программирования (см. фиг.). В обеих нестандартных ситуациях ток через вывод MCLR (12,0-13,5 В) микроконтроллера нарастает и достигает допустимого для PIC-микроконтроллера значения около 200 мА. В этом случае падение напряжения между катодом маломощного тиристора 26 и движком измерительного подстроечного резистора 28 достигает значения около 100 мВ, которое через резистор цепи управления 27 открывает маломощный тиристор 26. Открытый маломощный тиристор 26 шунтирует базу транзистора 10 и напряжение на выводе MCLR DIP-панелей 17, 18 и 19 стремится к 0 В (не превысит 100 мВ), что сохраняет программируемый PIC-микроконтроллер исправным. Далее необходимо устранить имеющую место нестандартную ситуацию и нажать кнопку сброса 29. Напряжение на выводе MCLR восстанавливается до 12,0-13,5 В. Тетерь микроконтроллер необходимо правильно установить в DIP-панель программатора и запрограммировать его. Перечень программируемых полезной моделью PIC-микроконтроллеров весьма велик, поэтому при программировании различных типов микроконтроллеров (среднего или старшего поколения) иногда возможны случаи когда необходима регулировка падения напряжения на измерительном подстроечном резисторе 28 с помощью его движка.
Таким образом, исключение из прототипа устройства защиты, состоящего из балластного резистора, опорного диода и регулирующего транзистора, и введенное в полезную модель устройства регулируемой защиты от выхода из строя программируемых PIC-микроконтроллеров в нестандартных ситуациях, состоящего из: маломощного тиристора 26 (2У101Б); ограничительного резистора 27 (3,3 кОм); измерительного подстроечного резистора 28 (1 Ом) и нормально разомкнутой кнопки сброса 29, не изменяет принципа работы программатора в стандартных ситуациях, но сохраняет работоспособность современных восьмибитных PIC-микроконтроллеров за счет ограничения тока программирования через микроконтроллер до уровня максимально допустимого при возникновении указанных выше нестандартных ситуаций:
- установка PIC-микроконтроллеров в DIP-панели программатора с разворотом на 180(от нормального расположения;
ss
dd
- ненадежный контакт или его отсутствие вовсе между одноименными контактами V и V PIC-микроконтроллера и DIP-панели программатора.