Разработка программирующего устройства микроконтроллеров

Разработка программирующего
устройства микроконтроллеров Atmel
Автор: Решетников Ярослав Игоревич
Лицей № 14 г. Электросталь Московской области, 11 класс
Научный руководитель :
Липаев Сергей Михайлович
учитель физики и математики
Лицея № 14 г. Электросталь, К.Ф.М.Н.
Данная работа посвящена разработке
платы – программатора и
программированию AVR
микроконтроллеров фирмы Atmel. В
работе подробно описаны процесс
разработки печатной платы, схема
программатора, процесс тестирования
программатора.
В работе раскрываются основные этапы
создания конечного устройства:
 Анализ схемы электрической






принципиальной.
Разработка монтажной схемы.
Травление печатной платы.
Монтаж элементов на плату.
Программирование микроконтроллера.
Разработка тестовой печатной платы.
Тестирование программы микроконтроллера.
Ключевой задачей является создание
устройства, способного запрограммировать
микроконтроллер AVR серии AT90S2313 .
•
•
•
•
•
SPI (последовательный периферийный интерфейс) состоит из трех цепей:
SCK (Serial Clock) – задающий тактовый сигнал
MISO (Master In – Slave Out) – чтение главным контроллером сигнала подчиненного
MOSI (Master Out – Salve In) – запись главным контроллером информации в
программируемый контроллер.
RX (Receive) – сигнал, подаваемый на плату с 3 - его вывода COM – порта.
TX (Transmit) – сигнал, снимаемый с платы через COM – порт.
Взаимодействие COM – порта и платы программатора:
• Отрицательное напряжение (необходимое для работы с COM - портом),
формируется за счет полярного конденсатора C100.
• ТХ (линия передачи) питается отрицательным напряжением за счет C100,
когда Q100 – закрыт (логическая “1”).
• Логический “0” появляется на TX за счет открытия Q100.
• Сигнал RX – переводится в уровень ТТЛ за счет конденсатора Q101.
Анализ схемы электрической
принципиальной
Принципиальная электрическая схема программатора показана на
рисунке. Программатор состоит из преобразователя уровней
логических сигналов COM порта компьютера (12 В) в ТТЛ уровни (5
В) на элементах VD1, VD2, VT1, VT2, микросхемы программатора с
задающим генератором на ZQ1, C2, C3, регулируемого
стабилизатора напряжения DA1 (LM317T) и светодиода VD3,
индицирующего нормальную работу устройства.
Разработка конструкции
устройства
В соответствии со схемой
электрической
принципиальной была
разработана монтажная
схема элементов.
Разработка печатной платы
устройства
Изготовление печатных плат
методом химического
травления фольгированного
диэлектрика получило в
настоящее время
наибольшее
распространение: этот метод
имеет наиболее простую
технологию и в то же время
обеспечивает достаточно
высокое качество печатных
плат. В качестве материала
основания печатных плат
при этом методе используют
фольгированные медью
диэлектрики, в основном
гетинаксы и
стеклотекстолиты.
Плата разработана по технологическому процессу в
соответствии со следующими основными операциями:
•
•
Сверление отверстий
Подготовка поверхности фольги (очистка и обезжиривание);
Подготовка поверхности фольги заключается в зачистке влажным
наждачным порошком и промывке в проточной воде, обработке
этиловым спиртом (обезжиривание) и тщательной промывке водой.
Правильно подготовленная поверхность фольги должна хорошо
смачиваться водой.
Сушка производится при температуре 35 – 45 ºС в течении 10 - 15 мин.
•
Покрытие фольги
водо - и кислоустойчивой
эмульсией (лак) в
местах
прохождения
проводников;
• Химическое травление
пробельных участков
схемы в хлорном железе;
Удаление участков фольги, не покрытых
защитным слоем, производится травлением.
В качестве реактива для травления наиболее
применяется водный раствор технического
хлорного железа. Этот раствор имеет
невысокую стоимость и легко доступен, так
как широко применяется в различных
отраслях техники. Процесс разрушения
медной фольги протекает в соответствии с
реакцией:
2FeCl3 + Cu → 2FeCl2 + CuCl2
Хлористая медь переходит в раствор,
смешиваясь с раствором хлористого железа.
На скорость химической реакции между
хлорным железом и медной фольгой влияет
концентрация хлорного железа и
температура раствора. При слишком
концентрированном или слабом растворе
травление происходит медленно. Повышение
температуры раствора ускоряет процесс
правления. Важным фактором,
увеличивающим скорость химической
реакции травления, является непрерывное
покачивание оснований или перемешивание
травильного раствора.
• Промывка платы в
проточной воде
•
Удаление защитного
кисло-устойчивого
слоя с печатного
монтажа с помощью
ацетона;
• Механическая обработка печатной платы;
Алгоритм программирования микроконтроллера
по последовательному каналу
При программировании по
последовательному каналу
программирование памяти и
программ осуществляется через
последовательный интерфейс SPI.
Данный режим используется, как
правило, для программирования
(перепрограммирования)
микроконтроллера непосредственно
в системе (ISP, In System
Programming). Как и в рабочем
режиме, при программировании по
последовательному каналу
микроконтроллеру требуется
источник тактового сигнала.
Соответственно этим источником
может быть внешняя схема, выход
которой подключён к вывод XTAL1
микроконтроллера, кварцевый
резонатор, подключённый к
выводам XTAL1 и XTAL2, либо
встроенный RC-генератор.
Программирование осуществляется путём посылки
4-байтовых команд на вывод MOSI микроконтроллера.
Результат выполнения команд чтения снимается с вывода
MISO микроконтроллера. Передача команд и вывод
результатов их выполнения осуществляется от старшего
разряда к младшему.
Разработка средств контроля
устройства
Для проверки функциональности и
правильности работы программатора
микроконтроллеров разрабатывается
печатная плата тестового назначения.
Стоимостной анализ
устройства
В общей сложности стоимость разработанного и
собранного программатора микроконтроллеров AVR
составила чуть более 200 рублей.
При этом важно отметить, что минимальная
стоимость программатора микроконтроллеров в
магазинах электронных компонентов составляет от
2500 рублей.
Заключение
• В результате проведенной работы создан программатор
•
•
•
микроконтроллеров фирмы Atmel серии AT90S с возможностью
программирования по последовательному каналу. Устройство
может применяться для внутрисхемного программирования и
перепрограммирования, что позволяет говорить о его
актуальности и перспективности.
В процессе разработки использованы основы современных
методов изготовления печатных плат (метод нанесения маски с
последующим вытравлением пробельных участков).
Функциональность программатора установлена с помощью
специализированной тестовой платы.
Использование программируемых микроконтроллеров
значительно упрощает задачу разводки печатных плат, снижает
геометрические размеры плат; поэтому использование
микроконтроллеров, а значит и специализированных
программаторов, имеют большую перспективу в будущем.
Демонстрация
тестирования...
Спасибо за
внимание.
Ваши Вопросы.