Programador ICSP con ARDUINO

Construcción de un programador serie (ICSP) utilizando Arduino. Si no disponemos de un programador, esta es la solución más barata. Sin embargo, tanto el código de Arduino como el software de programación, son específicos para programar el micro-controlador AT89S51/AT89S52… y no sirven para programar cualquier otro modelo.

AT89S52
AT89S52

FICHEROS

En la página del autor del proyecto: TIKTAK’S PROJECTS , encontrarás además de la información de este proyecto, el link de acceso directo a la descarga de los archivos que necesitas. El fichero que debes cargar a tu Arduino para que funcione como programador, y el programa que necesitarás para exportar el archivo hexadecimal (firmware) hacia el micro-controlador AT89S51/AT89S52.

INFORMACIÓN

He creído conveniente incorporar esta información en el blog, con el fin de ampliar un poco más los detalles de funcionamiento de este programador, y también porque en este canal tenéis otros proyectos en los que se utiliza el mismo tipo de micro-controlador. Si eres aficionado a la electrónica y no dispones de un programador, este montaje te podría ser de mucha utilidad.

Montaje ICSP
Montaje ICSP

Si quieres fabricarte un programador ICSP (In-Circuit Serial Programming) , solo necesitarás una placa de Arduino -no importa el modelo- y montar el circuito que se muestra a continuación:

Esquema ICSP
Esquema ICSP

El ejemplo siguiente muestra cómo puedes programar un circuito, en el que ya existe una entrada para su programación en serie:

  •  ISP (In-system programming) 
  • ICSP (In-Circuit Serial Programming)
Programador ICSP
Programador ICSP

INCONVENIENTES

Existen algunas limitaciones y desventajas si comparamos este programador con otro de tipo convencional. La primera y más importante, es que el software NO permite verificar la integridad de lo que se ha grabado. Si existiera algún error durante la escritura, el software no lo detectaría. En estos casos, lo normal es que el dispositivo programado no llegara a funcionar, pero dependiendo del tipo de error, podría funcionar de manera defectuosa.

La segunda no es tan importante, pero ha tardado 4 minutos en programar los 6.813 bytes del fichero con el que he realizado las pruebas. Con un programador convencional  el proceso completo: borrado, escritura y comprobación, se realiza en algo menos de 13 segundos.

Firmware for LED Clock – ENGLISH

Firmware for FC-209 kit in English, LED clock with rotating sphere. This video is dedicated to fans of channel who don’t understand Spanish language, but they’re interested in some assemblies that have presented on the channel.

Flow diagram
Flow diagram

English firmware: J_RPM_v5e_EC1204B.HEX

The explanation about how working of all components contained in this circuit, not going to repeat in English, because the manufacturers documentation is already in English … and is much fuller than that I could explain here.

 

Cronómetro LED #5 (FC-209)

Utilizando los mismos componentes  del kit de reloj FC-209 (hardware), podemos convertir el reloj en un cronómetro de precisión… sólo tenemos que reprogramar el micro-controlador AT89S52. Si programamos en el cronómetro las funciones de cuenta hacia delante, cuenta atrás y auto-arranque, podríamos utilizar el cronómetro como marcador de tiempo en eventos deportivos.

Cronómetro de 24 segundos
Cronómetro de 24 segundos

Haciendo unas pequeñas modificaciones en el hardware, sería posible convertir este pequeño reloj en un marcador de gran tamaño, y utilizarlo en un recinto deportivo. Después de sopesar las posibles opciones, decidí incluir la funcionalidad del cronómetro dentro de la última versión del firmware (v4). De esta manera no será necesario sustituir el micro-controlador cuando queramos utilizar este kit de reloj (FC-209) como cronómetro. La versión 5 del firmware, se puede descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: J_RPM_v5_EC1204B.HEX

Como este reloj sólo dispone de dos pulsadores para realizar maniobras, ya que el tercer pulsador es el del Reset del micro-controlador, es necesario definir cuál será su modo de funcionamiento (Reloj/Cronómetro) en la fase de arranque, y mantenerlo fijo hasta un nuevo reinicio. Como la función principal es la de Reloj-Temperatura, definimos este modo como ‘arranque por defecto’. Es decir, si no tocamos ningún pulsador en la fase de conexión, funcionará como Reloj-Temperatura. Para cambiar de modo reloj a cronómetro, realizaremos los siguientes pasos:

  • Pulsaremos el botón ‘RESET’
  • Cuando aparezca el mensaje rotante, mantendremos pulsado el botón ‘MODE’
Configuración del Reloj LED (v5)
Configuración del Reloj LED (v5)

Una vez que que hayamos entrado en el modo ‘cronómetro’, ya podremos configurar sus parámetros de funcionamiento. Estos valores se guardarán en el chip de memoria del reloj (DS1302), y estos serán los nuevos valores de arranque del cronómetro. Al igual que sucede con los parámetros del reloj, tendremos que tener conectada la pila de ‘tampón’ en el chip, si no queremos perder todos los datos cuando falte la alimentación.

Firmware Reloj #4 (Compatible FC-209)

Kit Reloj LED (FC-209)
Kit Reloj LED (FC-209)

La versión 4 del firmware es totalmente compatible con el kit de reloj FC-209 (EC1204B). El funcionamiento y prestaciones son las mismas que las de la versión 3, pero en este caso se ha deshabilitado el límite máximo de temperatura. Como el sensor DS18B20 podría mostrar temperaturas de hasta 125ºC, podríamos sustituir el sensor de temperatura interno –coloreado en amarillo– por otro prolongado y con encapsulado en acero inoxidable. Así sería posible utilizar este reloj como termómetro, para medir con precisión la temperatura de fluidos, calefactores, circuitos electrónicos, frigoríficos, etc.

La versión 4 del firmware, se puede descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: J_RPM_v4_EC1204B.HEX

Sensor de temperatura: DS18B20
Sensor de temperatura: DS18B20

Al sustituir el sensor de temperatura de la placa por otro externo, podremos utilizar este reloj como termómetro para medir temperaturas ambientes y además objetos sólidos o líquidos,  comprendidas entre -10 y +125ºC. Solo tenemos que  fijar el modo de presentación Temperatura,  mediante una breve pulsación del botón [PLUS]. Este reloj dispone de 3 modos de presentación:

Hora  >>> [PLUS] >>> Tempertura >>> [PLUS] >>> Fecha+Temperatura 

Las funcionalidades de la versión 4 son idénticas a la de la versión 3. A continuación se muestra un diagrama con la secuencia de programación de todos los parámetros, válido para  ambas versiones.

Configuración del Reloj LED (v3)
Configuración del Reloj LED (v3-4)

Firmware Reloj LED #3 (Brillo nocturno)

En la versión 3 del firmware del Reloj LED, se incluye la posibilidad de reducir el brillo del display de forma automática. Este cambio se realiza dentro de un horario programable, no mediante un sensor de luz. La hora de inicio y fin de esta reducción de brillo, está asociada a las horas de inicio y fin de la activación acústica de las señales horarias. Con esta reducción de brillo se evita la molestia que podría ocasionar un exceso de luz, cuando se utiliza el reloj como despertador en una habitación oscura, y además se mejora la autonomía de la batería (se reduce el consumo).

La versión 3 del firmware, se puede descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace:

J_RPM_v3_EC1204B.HEX

Configuración del Reloj LED (v3)
Configuración del Reloj LED (v3)

Este es el nuevo diagrama para la programación del Reloj LED, utilizando la versión 3 del firmware.

Firmware para el Reloj LED: EC1204B

Desarrollo de un nuevo firmware para el kit EC1204B, reloj LED con esfera rotante. Estructura interna del chip de reloj en tiempo real DS1302. Gestión de datos entre el micro-controlador y el DS1302. Direcciones y estructura de los registros del reloj y memoria RAM, envío simple o ráfaga (burst), etc. Gestión del registro para control de carga de la batería de almacenamiento (TRICKLE-CHARGE REGISTER). Modificaciones realizadas sobre el diseño original, con el fin de mejorar las prestaciones y aumentar el brillo del display. Descripción del modo de programar la hora y modificar sus ajustes con el nuevo firmware.

Este firmware se puede descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace:
J_RPM_v1_EC1204B.HEX

Esquema del reloj: EC1204B
Esquema del reloj: EC1204B

Antes de comenzar a realizar un nuevo firmware, es importante analizar el esquema y anotar los pines de entrada/salida de todos los dispositivos que se tienen que controlar. Como en este caso, tanto el control del display de 4 dígitos como los 60 diodos led están multiplexados, es conveniente utilizar la frecuencia más alta que permita el micro-procesador. Dado que este procesador (AT89S52) podría funcionar con una frecuencia máxima de 33 MHz, podemos sustituir sin problemas su cristal de cuarzo original de 12 MHz, por otro de 22,118 MHz. Con este cambio conseguiremos un aumento de 1,8 veces en la velocidad de proceso, podremos aumentar la luminosidad del reloj y reducir su parpadeo. Es importante destacar que si cambiamos el cristal de cuarzo y utilizamos el firmware original, el reloj no funcionará.

Firmware original con el cristal de 22,118 MHz.
Firmware original con el cristal de 22,118 MHz.

El problema está en las comunicaciones entre el chip sensor de temperatura (DS18B20) y el micro-procesador. Como las comunicaciones entre ambos dispositivos se hace con un sólo hilo (1-Wire interface), sus comunicaciones son asíncronas y los tiempos deben ser muy precisos. Aunque el resto del reloj podría funcionar sin problemas, debido a que el DS1302 lleva su propio cristal de cuarzo, con el firmware original se muestra un error en el display…  y el reloj no llega a funcionar.

Las comunicaciones entre el micro-controlador y el chip de reloj DS1302 se realizan mediante 3 hilos:

  1. Reloj (SCLK)
  2. Entrada/Salida de datos (I/O)
  3. Habilitación (CE)
Comunicaciones con DS1302
Comunicaciones con DS1302

Como podemos observar en la imagen anterior, las comunicaciones entre el micro-controlador y el DS1302 pueden realizarse en modo simple (un sólo registro) o en modo burst/ráfaga (todos los registros del sector apuntado). Es importante destacar que los datos se transmiten con el flanco de subida de la señal de reloj, y se reciben con el flanco de bajada. Observar el diagrama de lectura en la imagen anterior, que entre el byte de dirección del registro (TX) y el byte de datos (RX) cambia el punto de muestreo.

Registro de carga del DS1302
Registro de carga del DS1302

El chip DS1302 incorpora un circuito para permitir la carga de su batería de almacenamiento. En caso de utilizar una pila no recargable, no se debería activar el circuito de carga. Como podemos observar en la imagen anterior, es posible conectar el circuito de carga y limitar su corriente máxima, mediante la conexión de un diodo o dos en serie y el valor de la resistencia.

Cable ISP (In-system programming)
Cable ISP (In-system programming)

Para programar el micro-controlador de este kit de reloj, podemos utilizar un interface serie (ISP: In-system programming / ICSP : In-Circuit Serial Programming) . En la imagen anterior podemos ver el conexionado que se debería utilizar entre el programador TL866A y el reloj.

Configuración del Reloj LED
Configuración del Reloj LED

En la imagen anterior se muestra la secuencia de programación del reloj  con el nuevo firmware.

Construye un Reloj LED – EC1204B

Montaje de un reloj LED con esfera rotante. Este reloj se puede comprar en kit, circuito impreso y componentes, y es muy interesante para realizar prácticas de programación con micro-controladores. Como el micro-controlador ya se compra programado, también es un kit muy interesante para principiantes en electrónica. En este video se muestra el modo de alimentar el reloj con una batería reciclada de un PC. Para cargar la batería se utiliza un módulo de carga con protección (MT4056) y un sencillo módulo DC-DC para elevar la tensión de la batería hasta los 5 voltios que necesita el reloj. Para albergar todo el conjunto, se fabrica una caja a medida.

MONTAJE - Reloj LED
MONTAJE – Reloj LED

Para obtener una tensión estabilizada de 5V a partir de una batería de 3,7V, utilizamos un pequeño circuito conversor DC-DC de alta eficiencia.

Convertidor DC-DC (5V)
Convertidor DC-DC (5V)

El  control de la PFM es similar al control de PWM, porque ambos crean un tren de impulsos rectangulares para determinar la tensión de salida del regulador. Sin embargo, en lugar de alterar el ciclo de trabajo del tren de impulsos a una frecuencia fija para establecer el voltaje de salida, el PFM altera la frecuencia del tren de impulsos con un ciclo de trabajo fijo. Durante el funcionamiento del PFM, la potencia de salida es proporcional a la frecuencia media del tren de impulsos. El convertidor sólo funciona cuando la tensión de salida cae por debajo de la tensión de salida ajustada, en base a la medida del circuito de realimentación. El controlador aumenta la frecuencia de conmutación del convertidor, hasta conseguir que el voltaje de salida alcance un valor entre la tensión de salida ajustada y entre un 0,8 a 1,5 por ciento por encima. La ventaja del control PFM es la eficiencia significativamente mejorada con cargas bajas, porque hay períodos en los que los MOSFET’s cambian lentamente o nada en absoluto, reduciendo las pérdidas de conmutación. En algunos dispositivos, cuando se omiten los impulsos, el regulador está apagado por completo, reduciendo aún más su eficiencia.

Esquema del reloj: EC1204B
Esquema del reloj: EC1204B

Como podemos apreciar en el esquema del reloj, el micro-procesador se puede programar utilizando un interface serie (ISP).

ISP (In-system programming)
ISP (In-system programming)

También podemos observar que en este módulo de reloj se incluye un sensor de temperatura, controlado por un sólo hilo (DS1820), muy interesante para realizar prácticas con micro-controladores.

Esquema interno: DS1302
Esquema interno: DS1302

El corazón de este módulo (EC1204B) es el chip DS1302, encargado de controlar la cuenta del tiempo (fecha y hora), además de almacenar los datos de sus alarmas (hora y temperaturas) dentro de su memoria RAM. Este pequeño chip (DS1302) necesita tener conectado una pequeña pila, si queremos mantener en marcha el reloj y salvar los datos de configuración cada vez que desconectamos la alimentación del módulo.

DS1302 - Transferencia de datos
DS1302 – Transferencia de datos

Aunque en el video comento que las comunicaciones entre el DS1302 y el micro-controlador se realiza con dos hilos, en realidad son necesarios 3. Además de los dos hilos I/O y SCLK, la entrada de habilitación (CE) del chip DS1302 tiene una doble función, y no puede conectarse directamente a nivel alto como en otros dispositivos. El pin CE, como podemos observar en la imagen anterior, controla el inicio y fin del paquete de datos, y es necesario su control para poder enviar cadenas de datos  con longitud variable (Burst mode).