ПРОГРАММАТОР FLASH И EEPROM ПАМЯТИ PIC-МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ

Полезная модель относится к области микропроцессорной и микроконтроллерной схемотехники, а именно к устройствам
программирования FLASH памяти программ и EEPROM памяти данных современных 8-ми разрядных PIC-микроконтроллеров.
Известен аналог - «Программатор JDM», описанный в Интернете по адресу: http://zps-electronics.com/docs/145/cirquit.gif. Принципиальная электрическая схема аналога представлена на рисунке в приложении 1 к описанию заявляемой полезной модели. Аналог (см. приложение 1 - аналог) включает в себя: панель для установки программируемого микроконтроллера DIP-18; последовательный СОМ-порт старого образца DB25F с контактами TXD, GND, CTS, DTR и RTS; выпрямитель с последовательным удвоением и стабилизацией напряжения (5,1 В и 5,1+8,2=13,3 В) на элементах D3, D4, D2, D6 и С2, С3, обеспечивающий питание программатора непосредственно от СОМ-порта компьютера, без каких-либо дополнительных источников питания программатора; транзистор в ключевом режиме Q1 с защитными диодами D5 и D7 для подачи программирующего напряжения на вывод MCLR программируемого микроконтроллера; электронный коммутатор на транзисторе Q2 осуществляет коммутацию сигналов программирования микроконтроллера и проверку результатов программирования. Аналог ориентирован на программирование однократно программируемых PIC-микроконтроллеров PIC12C508, PIC12C509, PIC12C50X и др. (в обозначениях буква С - означает однократно программируемые микроконтроллеры).
При оригинальности технического решения, недостатками аналога являются:
1. Без доработки принципиальной электрической схемы в подавляющем большинстве случаев аналог не может обеспечить качественное программирование многократно электрически перепрограммируемых памяти программ FLASH и памяти данных EEPROM современных 8-ми разрядных PIC-микроконтроллеров (такие микроконтроллеры имеют в своем обозначении букву F: PIC16F83,
PIC16F84, PIC16F84A, PIC16F627, PIC16F628, PIC16F873, PIC16F873A, PIC16F874, PIC16F874A, PIC16F876, PIC16F876A, PIC16F877, PIC16F877A, PIC18F242, PIC18F252, PIC18F442, PIC18F452, и др., которые имеют 18, 28, 40 и более выводов).
ss
dd
2. Панель для установки программируемого микроконтроллера DIP-18 не обеспечивает безошибочной установки микроконтроллера в соответствии с его распиновкой (цеколевкой) и при смене расположения микроконтроллера на 180° в большинстве случаев происходит смена полярности выводов V и V, что в свою очередь приводит в 70-80% случаев к выходу из строя программируемых PIC-микроконтроллеров. А такая ошибка при массовом производстве устройств (программировании микроконтроллеров) имеет достаточную вероятность, чтобы ее принимать во внимание.
3. Кроме того, при смене расположения микроконтроллера относительно панели DIP-18 на 180° возникает аварийная ситуация, когда программирующий высокий потенциал порядка 12-13,5 В поступает не на высоковольтный программирующий вход микроконтроллера MCLR, а может поступить на любой из выводов PIC-микроконтроллера, которые предназначены для питания только от 5 В потенциала. Такая ситуация является аварийной и однозначно приводит к потере работоспособности программируемого PIC-микроконтроллера.
ss
dd
dd
ss
4. При наличии недостатка указанного в п.3, кроме того возможна ситуация когда вывод V микроконтроллера не имеет гальванического контакта с выводом V панели DIP-18 или наоборот - когда вывод V микроконтроллера не имеет гальванического контакта с выводом V панели DIP-18. В такой ситуации программируемый PIC-микроконтроллер в 100% случаев выходит из строя.
Наиболее близким по техническому решению является устройство-прототип: Патент на полезную модель №72805 РФ. Бюл. №12 за 2008 год.
«Программатор памяти программ FLASH и памяти данных EEPROM микроконтроллеров фирмы MICROCHIP» // Акиншин Р.Н., Акиншин Н.С., Анкудинов К.А., Анкудинов А.И., Хомяков А.В., Ковалев Ю.М., Глаголев О.А. Прототип (см. приложение 2 - прототип) включает в себя: панели для установки перечисленных в аналоге PIC-микроконтроллеров среднего и старшего поколений DIP-18, DIP-28 и DIP-40 с тремя керамическими блокировочными конденсаторами; СОМ-порт для подключения к компьютеру; выпрямитель с последовательным удвоением и стабилизацией напряжения с двумя керамическими блокировочными конденсаторами и увеличенными вдвое емкостями электролитических конденсаторов, 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 осуществляющий проверку результатов программирования по выводу OSO (PGC); транзисторный регулятор напряжения для установки рабочего напряжения программирования на выводе MCLR PIC-микроконтроллера.
Прототип (см. рисунок в приложении 2 - прототип) лишен первого недостатка присущего аналогу, а именно, принципиальная электрическая схема прототипа обеспечивает возможность надежного программирования памяти программ FLASH и памяти данных EEPROM большинства 8-ми разрядных PIC-микроконтроллеров среднего и старшего поколений фирмы MICROCHIP, используемых в современной микроконтроллерной схемотехнике: микроконтроллеры среднего поколения PIC16F83, PIC16F84, PIC16F84A, PIC16F627, PIC16F628, PIC16F873, PIC16F873A, PIC16F874, PIC16F874A, PIC16F876, PIC16F876A, PIC16F877,
PIC16F877A, и др., а также микроконтроллеры старшего поколения PIC18F242, PIC18F242A, PIC18F252, PIC18F252A, PIC18F442, PIC18F442A, PIC18F452, PIC18F452A и др.
Но у прототипа в полной мере остаются второй, третий и четвертый недостатки аналога, вызываемые ситуациями, которые назовем нестандартными, а именно (теперь далее обозначим их как 1, 2 и 3):
ss
dd
1. Панели DIP-18, DIP-28 и DIP-40 для установки программируемых PIC-микроконтроллеров как и прежде не обеспечивают безошибочной установки микроконтроллера в соответствии с его распиновкой (цоколевкой) и при смене расположения микроконтроллера на 180° в большинстве случаев происходит смена полярности выводов V и V, что в свою очередь приводит в 70-80% случаев к выходу из строя программируемых PIC-микроконтроллеров. А такая ошибка при массовом производстве устройств (программировании микроконтроллеров) имеет достаточную вероятность, и ее нельзя не принимать во внимание.
2. Кроме того, при смене расположения микроконтроллера относительно панелей DIP-18, DIP-28 и DIP-40 на 180° возникает аварийная ситуация, когда программирующий высокий потенциал порядка 12-13,5 В поступает не на высоковольтный программирующий вход MCLR PIC-микроконтроллера, но может поступить на любой из выводов микроконтроллера, которые предназначены для питания только от 5 В потенциала. Такая ситуация является аварийной и однозначно приводит к потере работоспособности программируемого PIC-микроконтроллера.
ss
dd
dd
ss
3. При наличии недостатка указанного в п.2, кроме того возможна ситуация когда вывод V PIC-микроконтроллера не имеет гальванического контакта с выводом V панелей DIP-18, DIP-28 и DIP-40 или наоборот - когда вывод V PIC-микроконтроллера не имеет гальванического контакта с выводом V панелей DIP-18, DIP-28 и DIP-40. В такой ситуации
программируемый PIC-микроконтроллер в 100% случаев выходит из строя в режиме программирования.
Предлагаемой полезной моделью решается задача обеспечения возможности 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 ошибочной установке PIC-микроконтроллеров в панели программирования DIP-18, DIP-28 и DIP-40 с разворотом на 180° от нормального расположения - такие ситуации мы назвали нестандартными.
Таким образом, полезной моделью решаются следующие задачи сохранения работоспособности PIC-микроконтроллеров в процессе их программирования в нестандартных ситуациях (без решения такой задачи PIC-микроконтроллеры, попавшие в нестандартные ситуации в процессе программирования теряют свою работоспособность - выходят из строя):
ss
dd
- сохранение работоспособности микроконтроллера при смене полярности питания по выводам питания V и V микроконтроллера;
- сохранение работоспособности микроконтроллера когда программирующий высокий потенциал порядка 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 только от 5 В потенциала;
ss
dd
dd
ss
- сохранение работоспособности микроконтроллера когда вывод V PIC-микроконтроллера не имеет гальванического контакта с выводом V панелей DIP-18, DIP-28 и DIP-40 или наоборот - когда вывод V PIC-микроконтроллера не имеет гальванического контакта с выводом V панелей DIP-18, DIP-28 и DIP-40 в режиме программирования.
ss
dd
Поставленная задача достигается тем, что в программатор FLASH и EEPROM памяти PIC-микроконтроллеров, 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 защиты от выхода из строя программируемых PIC-микроконтроллеров в нестандартных ситуациях, состоящее из балластного резистора, опорного диода и регулирующего транзистора.
За счет введения в программатор FLASH и EEPROM памяти PIC-микроконтроллеров дополнительного устройства защиты от выхода из строя программируемых PIC-микроконтроллеров в нестандартных ситуациях, состоящего из балластного резистора, опорного диода и регулирующего транзистора, получены следующие результаты:
ss
dd
- сохранена работоспособность PIC-микроконтроллеров при смене полярности питания по выводам питания V и V микроконтроллеров без вывода из строя последних;
- обеспечено сохранение работоспособности PIC-микроконтроллеров когда программирующий высокий потенциал порядка 12-13,5 В поступает не на высоковольтный программирующий вход MCLR, а может поступить на любой из выводов микроконтроллера;
ss
dd
dd
ss
- не нарушается работоспособность микроконтроллера когда вывод V PIC-микроконтроллера не имеет гальванического контакта с выводом V панелей DIP-18, DIP-28 и DIP-40 или наоборот - когда вывод V PIC-микроконтроллера не имеет гальванического контакта с выводом V панелей DIP-18, DIP-28 и DIP-40 в режиме программирования.
Таким образом, в результате принятых мер полезной моделью устраняются все три недостатка прототипа, то есть обеспечена 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 ошибочной установке PIC-микроконтроллеров в панели программирования DIP-18, DIP-28 и DIP-40 с разворотом на 180° от нормального расположения - такие ситуации мы назвали нестандартными:
На фиг. изображена принципиальная электрическая схема устройства - полезной модели - «Программатор FLASH и EEPROM памяти PIC-микроконтроллеров».
CT
CT
Программатор FLASH и EEPROM памяти PIC-микроконтроллеров. (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 (в модели применен КС156А с U=5,0-5,5 В при I=20 мА), стабилитроне 5 (в модели применен КС406Б без подбора параметров), электролитических конденсаторах фильтра 6 и 7, емкость которых в модели составляет 47,0 и 220,0 мкФ, соответственно, блокировочных керамических конденсаторах 8 и 9 емкостью 0,1 мкФ; регулятор напряжения на транзисторе 10 (КТ3102Б),
ss
dd
подстроенном резисторе 11 (3,3 кОм), резисторе 12 (10 кОм) и электролитическом конденсаторе 13 (100 мкФ), который обеспечивает установку напряжения интервала 12-15 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, причем 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 (емкость каждого по 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; введенное устройство защиты от выхода из строя программируемых PIC-микроконтроллеров в случае возникновения, указанных выше нестандартных ситуаций, состоящее из балластного резистора 26 (1,2 кОм), опорного диода 27 (КД522Б) и регулирующего транзистора 28 (КТЗ 102Б).
Программатор FLASH и EEPROM памяти PIC-микроконтроллеров (см. фиг.) в стандартном (рабочем) режиме работает следующим образом. 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
ss
dd
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 регулируемое напряжение 12-15 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, 24 и 25 осуществляет по выводам микроконтроллера OSO (РGС) 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 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 защиты от выхода из строя программируемых PIC-микроконтроллеров в нестандартных ситуациях, состоящее из балластного резистора 26, опорного диода 27 и регулирующего транзистора 28 не изменяет принципа работы программатора, а «ожидает»
нестандартных ситуаций, в которых оно сможет защитить программируемый PIC-микроконтроллер.
В нестандартном режиме (см. фиг.) программирования (во всех трех вариантах, указанных в недостатках прототипа и обозначенных как задачи, стоящие перед полезной моделью) во введенном устройстве защиты от выхода из строя программируемых PIC-микроконтроллеров потенциал эмиттера транзистора 28 оказывается равным потенциалу катода опорного диода 27, падение напряжения на котором составляет 0,7 В, причем это напряжение приложено «+» к базе, а «-» к эмиттеру транзистора 28 со структурой n-р-n, транзистор 28 переходит в насыщение, делает потенциал базы транзистора 10, а, следовательно и эмиттера транзистора 10 близкими к нулю. Таким образом, напряжение на выходе регулятора напряжения 10-13 становится практически равным нулю и все три ситуации входящие в нестандартный режим не приводят к выходу из строя программируемого PIC-микроконтроллера.
Таким образом, введение в полезную модель дополнительного устройства защиты от выхода из строя программируемых PIC-микроконтроллеров в нестандартных ситуациях, состоящее из балластного резистора 26, опорного диода 27 и регулирующего транзистора 28, при сохранении качественного и надежного программирования многократно электрически перепрограммируемых памяти программ FLASH и памяти данных EEPROM большинства современных 8-ми разрядных PIC-микроконтроллеров, обеспечило сохранность работоспособности микроконтроллеров при возникновении нестандартных ситуаций в процессе программирования:
ss
dd
- сохранена работоспособность PIC-микроконтроллеров при смене полярности питания по выводам питания V и V микроконтроллеров без вывода из строя последних;
- обеспечено сохранение работоспособности PIC-микроконтроллеров когда программирующий высокий потенциал порядка 12-13,5 В поступает не на высоковольтный программирующий вход MCLR, а может поступить на любой из выводов микроконтроллера, не перегружая последний;
ss
dd
dd
ss
- не нарушается работоспособность микроконтроллера когда вывод V PIC-микроконтроллера не имеет гальванического контакта с выводом V панелей DIP-18, DIP-28 и DIP-40 или наоборот - когда вывод V PIC-микроконтроллера не имеет гальванического контакта с выводом V панелей DIP-18, DIP-28 и DIP-40 в режиме программирования.