Программатор avr-микроконтроллеров с контроллером защиты

 

Полезная модель относится к области микроконтроллерной схемотехники, а именно к устройствам оперативного невнутрисхемного программирования современных 8-ми разрядных AVR-микроконтроллеров семейств ATmega и ATtiny. Полезной моделью решается задача обеспечения сохранения работоспособности программируемых AVR-микроконтроллеров при ошибочной установке AVR-микроконтроллеров в DIP-панели программатора с разворотом на 180° от нормального расположения. Программатор AVR-микроконтроллеров с контроллером защиты, содержащий LPT-порт, микросхему 47НС244 с подтягивающим резистором, сигнальное устройство на двух светодиодах и двух ограничительных резисторах, кварцевый генератор на двух кварцевых резонаторах с переключателем резонаторов и двух конденсаторах, стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе, кремниевом стабилитроне, балластном резисторе и двух конденсаторах фильтра, панели DIP-8, DIP-14 и две панели DIP-20 для программирования AVR-микроконтроллеров семейства ATtiny, панель DIP-28 и две панели DIP-40 для программирования AVR-микроконтроллеров семейства ATmega, при этом в устройство введен контроллер защиты, содержащий маломощный тиристор, резистор цепи управления тиристором, подстроечный измерительный резистор и нормально разомкнутую кнопку сброса. Иллюстраций - 1.

Полезная модель относится к области микроконтроллерной схемотехники, а именно к устройствам оперативного невнутрисхемного программирования современных 8-ми разрядных AVR-микроконтроллеров семейств ATmega и ATtiny, которые обладают наилучшим соотношением функциональные возможности/стоимость/быстродействие/энергопотребление.

Известен аналог - Патент на полезную модель 85779 РФ. Бюл. 22 за 2009 год. «Программатор AVR-микроконтроллеров семейства ATtiny» // Акиншин О.Н., Акиншин Н.С., Анкудинов К.А., Анкудинов А.И. и др. Схема аналога представлена в приложении 1 к данному описанию. В табл.1 представлена цоколевка (распиновка) AVR-микроконтроллеров семейства ATtiny.

Таблица 1
, ппATtinyDIP VCC (+)GND (-)MOSI MISOSCK RESE ТXTAL1XTAL2
1.85V 88 45 67 12 3
2.85 88 45 67 12 3
3.45V 88 45 67 12 3
4.45 88 45 67 12 3
5.25V 88 45 67 12 3
6.25 88 45 67 12 3
7.15L 88 45 67 12 3
8.12L 88 45 67 12 3
9.12V 88 45 67 12 3
10.12 88 45 67 12 3
11.84V 141 147 89 42 3
12.84 141 147 89 42 3
13.44V 141 147 89 42 3
14.44 141 147 89 42 3
15.24V 141 147 89 42 3
16.24 141 147 89 42 3
17.26L 205 6,161 23 107 8
18.26 205 6,161 23 107 8
19.2313 2020 1017 1819 15 4
20.2313V 2020 1017 1819 15 4

Аналог включает в себя (см. приложение 1): LPT-порт; микросхему 47НС244, включающую два четырехканальных управляемых буфера и подтягивающий резистор; сигнальное устройство на двух светодиодах и двух ограничительных резисторах; кварцевый генератор на кварцевом резонаторе (4 МГц) и двух конденсаторах; компенсационный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе, кремниевом стабилитроне, балластном резисторе и двух конденсаторах фильтра; панель DIP-8 для программирования микроконтроллеров ATtiny85V, ATtiny85, ATtiny45V, ATtiny45, ATtiny25V, ATtiny25, ATtinyl5L, ATtinyl2L, ATtinyl2V и ATtiny12; панель DIP-14 для программирования микроконтроллеров ATtiny84V, ATtiny84, ATtiny44V, ATtiny44, ATtiny24V и ATtiny24; первую панель DIP-20(1) для программирования микроконтроллеров ATtiny26L и ATtiny26; вторую панель DIP-20(2) для программирования микроконтроллеров ATtiny2313V и ATtiny2313, которые представлены в табл.1.

Аналогу, как показал опыт его эксплуатации, присущи два существенных недостатка:

1. AVR-микроконтроллеры семейства ATtiny значительно уступают по критерию функциональной полноты AVR-микроконтроллерам семейства ATmega. Аналог не позволяет программировать AVR-микроконтроллеры семейства ATmega.

2. Кроме того, в аналоге, даже при программировании AVR-микроконтроллеров семейства ATtiny, возникают сбои при программировании микроконтроллеров на современных многоядерных или с тактовой частотой процессора 1,5 ГГц и более персональных компьютерах.

Известен прототип - Патент на полезную модель 89915 РФ. Бюл. 35 за 2009 год. «Программатор AVR-микроконтроллеров семейств ATmega и ATtiny» // Акиншин О.Н., Акиншин Н.С., Анкудинов К.А., Анкудинов А.И. и др. Схема прототипа представлена в приложении 2 к данному описанию. В табл.2 представлена цоколевка (распиновка) AVR-микроконтроллеров семейства ATmega.

Таблица 2
п/пATmegaDIP VCC (+)GND (-)MOSI MISOSCK RESETXTAL1XTAL2
18 287 8,2217 1819 19 10
28L 287 8,2217 1819 19 10
348 287 8,2217 1819 19 10
448V 287 8,2217 1819 19 10
588 287 8,2217 1819 19 10
688V 287 8,2217 1819 19 10
7168 287 8,2217 1819 19 10
8168V 287 8,2217 1819 19 10
916 4010 11,316 78 913 12
1016L 4010 11,316 78 913 12
1132 4010 11,316 78 913 12
1232L 4010 11,316 78 913 12
13164 4010 11,316 78 913 12
14164V 4010 11,316 78 913 12
15324 4010 11,316 78 913 12
16324V 4010 11,316 78 913 12
17644 4010 11,316 78 913 12
18644V 4010 11,316 78 913 12
198535 4010 11,316 78 913 12
208535L 4010 11,316 78 913 12
21162 4040 206 78 919 18
22162V 4040 206 78 919 18
238515 4040 206 78 919 18
248515L 4040 206 78 919 18

Прототип включает в себя (см. приложение 2): LPT-порт; микросхему 47НС244, включающую два четырехканальных управляемых буфера и подтягивающий резистор; сигнальное устройство на двух светодиодах и двух ограничительных резисторах; кварцевый генератор на двух кварцевых резонаторах (4,0 и 8,0 МГц), переключателе резонаторов и двух конденсаторах; компенсационный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе, кремниевом стабилитроне, балластном резисторе и двух конденсаторах фильтра; панель DIP-8 для программирования микроконтроллеров ATtiny85V, ATtiny85, ATtiny45V, ATtiny45, ATtiny25V, ATtiny25, ATtiny15L, ATtiny12L, ATtiny12V и ATtiny12; панель DIP-14 для программирования микроконтроллеров ATtiny84V, ATtiny84, ATtiny44V, ATtiny44, ATtiny24V и ATtiny24; первую панель DIP-20(1) для программирования микроконтроллеров ATtiny26L и ATtiny26; вторую панель DIP-20(2) для программирования микроконтроллеров ATtiny2313V и ATtiny2313; панель DIP-28 для программирования микроконтроллеров ATmega8, ATmega8L, ATmega48, ATmega48V, ATmega88, ATmega88V, ATmega168, ATmega168V, первая панель DIP-40(1) для программирования микроконтроллеров ATmega16, ATmega16L, ATmega32, ATmega32L, ATmega164, ATmega164V, ATmega324, ATmega324V, ATmega644, ATmega644V, ATmega8535 и ATmega8535L, вторая панель DIP-40(2) для программирования микроконтроллеров ATmega162, ATmega162V, ATmega8515 и ATmega8515L.

В прототипе устранены оба недостатка аналога, но опыт эксплуатации прототипа и анализ таблиц 1 и 2 выявили два существенных недостатка;

1. DIP-панели для установки программируемых AVR-микроконтроллеров не обеспечивают безошибочной установки микроконтроллера в соответствии с его цоколевкой (распиновкой) и при смене положения микроконтроллера на 180° в части случаев происходит смена полярности выводов VCC и GND, что в свою очередь приводит в 70-80% случаев к выходу из строя программируемых AVR-микроконтроллеров, т.к. максимальный ток выводов VCC и GND не превышает 200 мА. Такая ошибка при массовом производстве продукции (программировании микроконтроллеров) имеет достаточную вероятность, и ее нельзя не принимать во внимание.

2. Кроме того возможна ситуация когда вывод VCC AVR-микроконтроллера не имеет гальванического контакта с выводом VCC DIP-панели программатора или наоборот - когда вывод GND AVR-микроконтроллера не имеет гальванического контакта с выводом GND DIP-панели программатора. В такой ситуации программируемый AVR-микроконтроллер в достаточном количестве случаев выходит из строя в процессе программирования.

Полезной моделью решается задача обеспечения сохранения работоспособности программируемых AVR-микроконтроллеров при ошибочной установке AVR-микроконтроллеров в DIP-панели программатора с разворотом на 180° от нормального расположения - такие ситуации мы назвали нестандартными.

Поставленная задача достигается тем, что в программатор AVR-микроконтроллеров с контроллером защиты, содержащий LPT-порт, микросхему 47НС244 с подтягивающим резистором, сигнальное устройство на двух светодиодах и двух ограничительных резисторах, кварцевый генератор на двух кварцевых резонаторах с переключателем резонаторов и двух конденсаторах, стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе, кремниевом стабилитроне, балластном резисторе и двух конденсаторах фильтра, панели DIP-8, DIP-14 и две панели DIP-20 для программирования AVR-микроконтроллеров семейства ATtiny, панель DIP-28 и две панели DIP-40 для программирования AVR-микроконтроллеров семейства ATmega введен контроллер защиты, содержащий маломощный тиристор, резистор цепи управления тиристором, подстроечный измерительный резистор и нормально разомкнутую кнопку сброса.

За счет введения в предлагаемую полезную модель контроллера защиты, состоящего из маломощного тиристора марки КУ101Г, резистора цепи управления тиристором номиналом 2,2 кОм, подстроечного измерительного резистора номиналом 1,0 Ом и нормально разомкнутой кнопки сброса, обеспечивается сохранение работоспособности программируемых AVR-микроконтроллеров в нестандартных ситуациях при ошибочной установке AVR-микроконтроллеров в DIP-панели программатора с разворотом на 180° от нормального положения.

На фиг. изображена принципиальная электрическая схема устройства (полезной модели) - «Программатор AVR-микроконтроллеров с контроллером защиты».

Программатор avr-микроконтроллеров с контроллером защиты (см. фиг.) включает в себя: LPT-порт (DB 25M) 1, который подключается к компьютеру и имеет контакты 4 - (DATA2), 5 - (DATA3), 6 - (DATA4), 7 - (DATA5), 8 - (DATA6), 9 - (DATA7), 10 - (АСК), 2 и 12, 3 и 11 перемкнуты для опознавания программатора управляющей программой компьютера; микросхему 2 марки 74НС244 - два четырехканальных управляемых буфера; первое сигнальное устройство на резисторе 3 и светодиоде 4 и второе сигнальное устройство на резисторе 5 и светодиоде 6, предназначенные для визуального контроля записи и считывания информации микроконтроллера, соответственно; элементы кварцевого генератора, состоящего из двух конденсаторов 7 и 8, переключателя 9 и двух кварцевых резонаторов 10 (4 МГц) и 11 (8 МГц); компенсационный стабилизатор напряжения на 5 В, состоящий из балластного резистора 12, кремниевого стабилитрона 13, регулирующего транзистора 14, низкочастотного и высокочастотного конденсаторов фильтра 15 и 16, соответственно; подтягивающий резистор 17, обеспечивающий режим записи информации в микроконтроллер; панель DIP-8 18 для установки и программирования 8-выводных AVR-микроконтроллеров ATtiny85V, ATtiny85, ATtiny45V, ATtiny45, ATtiny25V, ATtiny25, ATtiny15L, ATtiny12L, ATtiny12V и ATtiny12; панель DIP-14 19 для установки и программирования 14-выводных AVR-микроконтроллеров ATtiny84V, ATtiny84, ATtiny44V, ATtiny44, ATtiny24V, ATtiny24; первую панель DIP-20(1) 20 для установки и программирования 20-выводных AVR-микроконтроллеров ATtiny26L, ATtiny26; вторую панель DIP-20(2) 21 для установки и программирования 20-выводных AVR-микроконтроллеров ATtiny2313V, ATtiny2313; панель DIP-28 22 для установки и программирования 28-выводных AVR-микроконтроллеров ATmega8, ATmega8L, ATmega48, ATmega48V, ATmega88, ATmega88V, ATmega168, ATmegal68V; первую панель DIP-40(1) 23 для установки и программирования 40-выводных AVR-микроконтроллеров ATmega16, ATmega16L, ATmega32, ATmega32L, ATmega164, ATmega164V, ATmega324, ATmega324V, ATmega644, ATmega644V, ATmega8535, ATmega8535L; вторую панель DIP-40(2) 21 для установки и программирования 40-выводных AVR-микроконтроллеров ATmega162, ATmega162V, ATmega8515 и ATmega8515L; DIP-панели 18, 19, 20, 21, 22, 23 и 24 с одноименными сигналами (MOSI, SCK, XTAL1, XTAL2, RESET, MISO, VCC и GND) электрически соединены, так например, по сигналу MOSI электрически соединены: вывод 5 панели 18, вывод 7 панели 19, вывод 1 панели 20, вывод 17 панели 21, вывод 17 панели 22, вывод 6 панели 23 и вывод 6 панели 24 и т.п.; маломощный тиристор 25; резистор цепи управления 26 тиристора 25; подстроечный измерительный резистор 27 и нормально разомкнутая кнопка сброса 28 (элементы 25-28 являются контроллером защиты программатора).

Полезная модель - «Программатор AVR-микроконтроллеров с контроллером защиты» (см. фиг.) может работать в двух режимах: режиме программирования и аварийном (нестандартном) режиме.

В режиме программирования (см. фиг.) микроконтроллер, подлежащий программированию, вставляется в соответствующую панель программатора 18, 19, 20, 21, 22, 23 или 24. LPT-порт 1 программатора подключается к LPT-порту персонального компьютера. Для современных компьютеров (многоядерных или с тактовой частотой процессора 1,5 ГГц и более) переключатель 9 программатора устанавливается в правое по схеме положение (это соответствует частоте 8 МГц), а в противном случае - в левое по схеме положение (4 МГц). На компьютере устанавливается одна из известных управляющих программатором программ (например, управляющая программа «IC-Prog» с сайта http://www.ic-prog.com или управляющая программа «PonyProg» с сайта http://www.lancos.com). Далее в управляющую программу заносится полученный любым из известных способов НЕХ-файл алгоритма работы микроконтроллера. Затем управляющая программа подает сигналы на LPT-порт 1 программатора и последний, в процессе программирования, включает и выключает верхний и нижний буферы микросхемы 2, чем организует обмен информацией управляющей программы с программируемым микроконтроллером:

- под воздействием тактового сигнала SCK входные данные MOSI, а в них входят НЕХ-файлы памяти программ flash и памяти данных eeprom для программируемого микроконтроллера, записываются в микроконтроллер;

- под воздействием тактового сигнала SCK выходные данные микроконтроллера MISO, а в них входят НЕХ-файлы памяти программ flash и памяти данных eeprom запрограммированного микроконтроллера, выводятся для контроля и записываются в управляющую программу компьютера;

- команда RESET переводит микроконтроллер в режим программирования, далее в режим контроля результатов программирования, и при благоприятном исходе осуществляет сброс схемы - микроконтроллер запрограммирован.

В аварийном (нестандартном) режиме (см. фиг.) ток через выводы VCC и GND, вставленного неверно в программатор микроконтроллера, достигает аварийного значения 200 мА. Падение напряжения между катодом маломощного тиристора 25 и движком подстроечного измерительного резистора 27 достигает значения менее или равного 200 мВ, которое через резистор цепи управления 26 открывает маломощный тиристор 25.

Открытый маломощный тиристор 25 и подстроечный измерительный резистор 27 шунтируют кремниевый стабилитрон 13, и напряжение на выводах VCC и GND не превысит 200 мВ, что сохраняет программируемый AVR-микроконтроллер исправным. Далее необходимо неверно установленный микроконтроллер вынуть из DIP-панели программатора и нажать кнопку сброса 28. Напряжение на выводах VCC и GND восстанавливается до 5 В. Тетерь микроконтроллер необходимо правильно вставить в DIP-панель программатора и запрограммировать его.

Таким образом, введение в полезную модель контроллера защиты (см. фиг.), состоящего из: маломощного тиристора 25 марки КУ101Г с допустимым прямым током до 75 мА, временем включения 2 мкс, напряжением отпирания не более 200 мВ, обратным напряжением до 50 В; резистора номиналом 2,2 кОм 26 цепи управления тиристором 25; подстроечного измерительного резистора 27 номиналом 1,0 Ом и нормально разомкнутой кнопки сброса 28, обеспечивает сохранение работоспособности программируемых AVR-микроконтроллеров в нестандартных ситуациях, то есть при ошибочной установке AVR-микроконтроллеров в DIP-панели программатора с разворотом на 180° от нормального положения. Необходимо заметить, что параметры маломощного тиристора 25 марки КУ101Г имеют разброс, например, экспериментально установлено, что в серии из 50-ти тиристоров КУ101Г напряжение отпирания колебалось от 50 мВ до 200 мВ, поэтому после изготовления полезной модели необходимо осуществить настройку контроллера защиты, которая сводится к выполнению следующих операций:

1. Установить движок подстроечного измерительного резистора 27 в крайнее положение - к катоду тиристора 25.

2. В выводы программатора VCC и GND (например, выводы 8 и 4 DIP-панели 18) вставить постоянный резистор номинала 24 Ом и параллельно ему к выводам программатора VCC и GND (например, DIP-панели 24) подключить мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения.

3. Подать на программатор (см. фиг.) на клеммы «+8 В» и «-8 В» постоянное напряжение 8±1 В.

4. Мультиметр, подключенный параллельно постоянному резистору номинала 24 Ом, покажет постоянное напряжение 5±0.1 В, а ток через резистор при этом составляет примерно 200 мА.

5. Медленно передвигая движок подстроечного измерительного резистора 27 добиться скачкообразного снижения напряжения, измеряемого мультиметром, с показаний 5±0.1 В до 0,1-0,2 В, зафиксировать краской положение движка подстроечного измерительного резистора 27.

6. Вынуть резистор номинала 24 Ом из DIP-панели 18, а показания мультиметра останутся прежними 0,1-0,2 В.

7. Нажать и отпустить нормально разомкнутую кнопку сброса 28 и напряжение на мультиметре восстановится до 5±0.1 В - контроллер защиты программатора настроен и полезная модель готова к работе.

Программатор AVR-микроконтроллеров с контроллером защиты, содержащий LPT-порт, микросхему 47НС244 с подтягивающим резистором, сигнальное устройство на двух светодиодах и двух ограничительных резисторах, кварцевый генератор на двух кварцевых резонаторах с переключателем резонаторов и двух конденсаторах, стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе, кремниевом стабилитроне, балластном резисторе и двух конденсаторах фильтра, панели DIP-8, DIP-14 и две панели DIP-20 для программирования AVR-микроконтроллеров семейства ATtiny, панель DIP-28 и две панели DIP-40 для программирования AVR-микроконтроллеров семейства ATmega, отличающийся тем, что в устройство введен контроллер защиты, содержащий маломощный тиристор, резистор цепи управления тиристором, подстроечный измерительный резистор и нормально разомкнутую кнопку сброса.



 

Похожие патенты:

Промышленный оптический 5, 8 или 10-портовый Коммутатор связи sw-1 относится к области оборудования, которое применяется для передачи данных, реализующего технологии коммутации кадров в единой сети электросвязи РФ и корпоративных сетях в случае их присоединения к единой сети электросвязи РФ.

Схема дифференциального автоматического выключателя-маячка электрического относится к коммутационной технике и может быть использована для включения и отключения осветительных приборов и другого оборудования, находящегося в бытовом, производственном или общественном помещении.
Наверх