Микроэлектронные проекты. Бабанин Валерий Борисович. Интерфейс RS-232 с возможностями SPI для микроконтроллерных систем

Многие широко распространенные микросхемы микроконтроллеров имеют в своем составе интерфейс внутрисхемного программирования SPI (Serial Interface for Program Downloading). Наиболее просто программировать внутреннюю память этих микроконтроллеров, используя COM порт персонального компьютера. (http://www.lancos.com). Этот же порт микроконтроллерные системы используют для обмена данными с персональным компьютером по интерфейсу RS-232. Объединение обеих возможностей значительно упрощает применение встроенных систем на микроконтроллерах.

SPI использует 4 сигнала: MOSI, MISO, SCK и RESET. В системе программирования PONYPROG этим сигналам соответствуют линии интерфейса RS-232: DTR, CTS, RTS и TxD. Для обмена данными с компьютером по RS-232 микроконтроллерные системы обычно используют TxD и RxD. Два набора сигналов практически не перекрываются, что позволяет по одному интерфейсу и программировать внутреннюю память микросхемы микроконтроллера и вести обмен информацией.

В самом простом случае микроконтроллерная система представляет собой собственно микроконтроллер, три порта которого резервируются для нужд внутрисхемного программирования. Надо ли рассуждать о том, что постоянное подключение интерфейса программирования, так удобное для отладки системы, не позволяет в полной мере использовать ресурсы микроконтроллера и ограничивает прямое повторение удачных конструкций, опубликованных на страницах журналов и в Интернете?

Чтобы сохранить для пользователя ВСЕ ресурсы, порты МК, используемые для программирования, подключаются через коммутатор, который управляется сигналом сброса микроконтроллера. Таким образом, при активном сигнале сброса (режим программирования по SPI), выводы МК с альтернативными функциями MOSI, MISO и SCK, подключены к интерфейсу программирования, а в рабочем режиме коммутатор переключает эти порты на объекты контроля и/или управления.

Альтернатива программатору PONYPROG (для MCS51) приведена на следующем рисунке. В отличие от прототипа программирование внутренней памяти микроконтроллера может осуществляться прямо в готовом изделии через COM порт. По завершению операции записи программа начнет выполняться немедленно. Для AVR микроконтроллеров требуются незначительные изменения, касающиеся, в частности, полярности сигнала сброса. Данная схема не макетировалась и не испытывалась, но ее работоспособность не вызывает сомнений.

Дальнейшее усовершенствование позволит применять в одном программаторе-контроллере как микроконтроллеры семейства MCS51 (AT89Sxxxx), так и AVR (AT90S8515, ATMegaS8515 и др.). Для этого достаточно ввести в схему инвертор и использовать инверсный сигнал сброса при применении AVR-микроконтроллера.

По логике работы программатора PONYPROG, в режиме программирования на шине TxD присутствует сигнал +12 В (лог."0"). При передаче данных по интерфейсу RS-232 - импульсный сигнал. Задачу распознавания режима работы шины TxD решает интегрирующая цепь и пороговый элемент.

При передаче данных по интерфейсу RS-232 выходное напряжение интегрирующей цепи не достигает порога переключения логического элемента, на выходе схемы отсутствует активный сигнал сброса и микроконтроллер выполняет рабочую программу. Для исключения срабатывания порогового элемента в тех редких случаях, когда по RS-232 микроконтроллеру передается достаточно длинная последовательность кода "00", резистор интегрирующей цепи можно зашунтировать цепью из последовательно соединенных диода и резистора 10 - 30 КОм, уменьшив тем самым постоянную времени заряда конденсатора. Запуск программы PONYPROG на компьютере установит +12 В на шине TxD, сформируется сигнал RESET, произойдет переключение коммутатора и контроллер перейдет в режим программирования внутренней памяти по SPI. Цепь передачи данных от микроконтроллера строится по типовой схеме.

Таким образом, возможно программирование внутренней памяти микроконтроллера с интерфейсом внутрисхемного программирования (SPI / ISP) и обмен данными через один и тот же COM порт компьютера. Да, существуют и вполне доступны микроконтроллеры, которые обладают этими возможностями и без схемных ухищрений, описанных выше. Но стоимость последних, по сравнению с простым и недорогим семейством AT89S/AT90S (и т.д. и т.п.), всегда будет играть свою роль. Да и необходимость для более продвинутых микроконтроллеров резервировать часть памяти программ под начальный загрузчик, в данном случае, будет являться недостатком. И не составит ли загрузка начального загрузчика, для неискушенного пользователя, хоть маленькую, но проблему?

Используя вышеописанные принципы разработано и испытано недорогое коммерческое изделие, в котором решены все проблемы истинно внутрисхемного программирования внутренней памяти микроконтроллера в составе законченной системы. MCRu совмещает в себе функции контроллера, программатора и внутрисхемного эмулятора, что позволяет эффективно отлаживать проектируемую систему. Макетирование устройств на базе семейства MCS51 и AVR с использованием MCRu позволяет сократить затраты и сроки разработки аппаратуры, используя типовые схемы, процедуры и постоянно пополняемый набор модулей расширения. Обладает необходимой гибкостью при выборе цены применения, т.к. рассчитан на использование широкого набора микропроцессоров с программной памятью от 2 до 32 Килобайт, с энергонезависимой внутренней памятью данных и без нее, с повышенной производительностью и малым энергопотреблением. Схемотехнические и конструктивные решения, в отличие от аналогичных изделий с возможностью внутрисхемного программирования, не налагают ограничений и позволяют разработчику использовать все, без исключения, ресурсы микросхемы контроллера.

E-mail: mcru@mail.ru

 Разместите Ваш проект у нас на сайте и его смогут увидеть сотни посетителей в день. Ваши проекты присылайте вебмастеру.