Por qué hace falta un programador de PICs
Los microcontroladores son la solución a casi cualquier problema de diseño en el campo de la electrónica digital. En NeoTeo hemos hablado ya de ellos, y publicaremos varios artículos con proyectos que los utilizan. Por eso, es indispensable tener a mano una herramienta que nos permita programarlos.
Efectivamente, los microcontroladores en general, y los de la empresa Microchip en particular, necesitan un circuito electrónico auxiliar que nos permita transferirles desde el ordenador el programa que hemos escrito para ellos. Hay muchas maneras de encarar este problema, y en general se suele utilizar alguno de los puertos disponibles en cualquier ordenador para este fin. Así, en el mercado es posible conseguir “quemadores” de PICs con conexión para puerto USB, paralelo o serie (RS-232).
Por razones de simplicidad en el diseño y por ser seguramente una de las alternativas más económicas, en este artículo vamos a explicar paso a paso cómo construir el programador JDM, con conexión serie. No solo nos permitirá grabar datos en los micros más comunes, de 8, 18, 28 y 40 pines, sino que también lo podremos utilizar para grabar y leer varios tipos de memorias.
Cómo se programa un PIC
Los microcontroladores de Microchip (PICs) se programan mediante un protocolo tipo serie. Se necesitan dos tensiones de alimentación para poder llevar a cabo la programación: una de 4.5 V a 5.5 V (VDD) y otra comprendida entre 12 V y 14 V (VPP), que es la que indica al PIC que va a ser programado, para que cambie la función que realizan los pines I/O implicados en la programación.
Los pines implicados en la programación varían de un microcontrolador a otro, pero en general los de un mismo número de pines (8, 18, etc.) tienen las mismas patitas asignadas a la programación, lo que permite construir programadores que sirvan para más de un PIC. En el caso del 16F84A, el 16F628A y casi todos los PIC más populares de 18 pines, los pines que se utilizan durante la programación son los que se indican en la tabla al final de esta página.
Es muy recomendable leer la hoja de datos de Microchip sobre este tema (son unas 16 páginas, y la encuentran en los enlaces que recomendamos en este artículo), dado que es conveniente conocer el mecanismo implicado en la programación (tiempos, señales, etc.). El documento se refiere específicamente a la familia 16F8x, pero los demás no difieren demasiado de lo allí expuesto.
Con estos conceptos en mente, podemos pasar a la construcción de nuestro circuito programador, que será el encargado de transferir el programa que escribamos en la PC a la memoria FLASH del PIC. Esta es una memoria no volátil, de bajo consumo, que se puede escribir y borrar dentro del circuito integrado (al igual que las EEPROM).
Microchip comercializa dos microcontroladores prácticamente iguales que solo se diferencian en que la memoria de programa de uno de ellos es tipo EEPROM y la del otro tipo Flash. Se trata del PIC16C84 y el PIC16F84, respectivamente. Además de esta memoria, casi todos los PICs también disponen de una memoria de datos de lectura y escritura no volátil, del tipo EEPROM. De esta forma, un corte en el suministro de la alimentación no ocasiona la pérdida de la información, que está disponible al reiniciarse el programa. Por ejemplo, el 16F84 dispone de 64 bytes de memoria EEPROM para contener datos, y los programas que creemos pueden leer y escribir en ella.
El programador JDM
La construcción de un programador de PICs puede ser un proyecto muy simple o muy complicado, de acuerdo con las características que necesitemos incluir en él. En nuestro caso, como estamos desarrollando un circuito que sea lo más didáctico posible, vamos a intentar mantener las cosas lo más simples posible. Si nos damos una vueltita por internet, vamos a ver infinidad de circuitos programadores: algunos con alimentación externa y otros no, por puerto serial, paralelo o USB, para un solo modelo de PIC o para varios, etc.
El programador que construiremos se conoce como “JDM”, por las iniciales de su creador (Jens Dyekjær Madsen). Existen muchas variantes de él, pero básicamente todas tienen características muy similares. Es un circuito muy simple, pero con varias ventajas que lo hacen muy interesante:
- Se conecta al puerto serie, que generalmente está disponible en cualquier PC. Existe software gratis para utilizarlo, incluso bajo DOS, Linux y, por supuesto, Windows (incluido Windows XP).
- Sirve para programar varios modelos de PICs (PIC12C5XX, 12C67X, 24CXX, 16C55X, 16C61, 16C62X, 16C71, 16C71X, 16C8X, 16F8X, entre otros) y también para leer/escribir varios chips de memoria (24Cxx). Otros microcontroladores también pueden ser programados mediante un adaptador.
- Dispone del conector ICSP (In-Circuit Serial Programming) para la programación de microcontroladores sin necesidad de desmontarlos de su placa de circuito impreso. No necesitamos una fuente de alimentación externa, ya que se alimenta directamente del puerto de la PC.
- Su costo es muy bajo: los componentes necesarios difícilmente nos cuesten más de 3 o 4 u$s y son muy fáciles de conseguir.
Una aclaración sobre el puerto serie
Una aclaración importante antes de seguir adelante: el hecho de que el programador se conecte a un puerto serie RS-232 de la PC no significa que el protocolo utilizado para comunicar la PC y la placa del programador sea ese. De hecho, se puede adaptar este circuito para conectarlo al puerto paralelo e incluso USB. Como dijimos antes, los tiempos y las señales necesarias para programar los PICs dependen de un protocolo específico desarrollado por Microchip; utilizamos el puerto como vehículo para llevar los bits al PIC y para obtener las tensiones necesarias para la programación, pero empleando un programa y un protocolo específicos para esta tarea.
Construcción paso a paso
En las imágenes que acompañan este artículo encontrarán el esquema eléctrico y el trazado del circuito impreso necesario para montar todos los componentes. La forma de construir un circuito impreso de manera muy fácil y rápida, con resultados excelentes, está explicada al detalle en un artículo de NeoTeo. Una vez que tengamos el circuito impreso listo, agujereado y bien limpio (libre de grasa), procedemos a soldar los componentes. Son unos pocos y no debería haber problemas.
Es preferible soldar primero los puentes y el zócalo para el PIC, y luego los demás componentes, teniendo cuidado de respetar el sentido en que colocamos los diodos, los transistores y los condensadores; si no, el programador no funcionará. Deberemos decidir si usamos un conector DB9 o DB25, y soldar un cable plano de al menos 5 hilos, de aproximadamente un metro de largo, entre la plaqueta y el conector, por supuesto teniendo cuidado de no equivocarnos con la numeración de los pines y teniendo en cuenta la disposición de pines de ambos conectores.
Como ocurre con cualquier proyecto de este tipo, y más si lo vamos a conectar a un puerto de nuestro ordenador, conviene revisar concienzudamente que todas las conexiones sean correctas y que al soldar no hayamos hecho algún “puente” que pueda darnos dolores de cabeza.
Lista de componentes
- 4 diodos 1N4148
- 1 diodo Zener de 8.2v
- 1 diodo Zener de 5.1v
- 1 capacitor electrolítico de 100uF x 40v
- 1 capacitor electrolítico de 22uF x 16v
- 2 transistores BC547B
- 1 resistencia de 10k, ¼ de watt
- 1 resistencia de 1.5k, ¼ de watt
- 1 zócalo de 18 pines
Además necesitamos un trozo de cable plano de al menos 5 hilos, un conector DB-9 o DB-25 según sea el que tengamos en la PC y, opcionalmente, un conector tipo molex de 8 pines para la programación “in circuit”. El impreso lo construiremos como ya hemos visto en otras notas, o bien podemos usar un trozo de circuito impreso del que se emplea para construir prototipos, que ya tiene dibujadas las islas y los agujeros hechos, y solo tenemos que soldar puentes para “crear” nuestro diseño.
El software IC-Prog
El programa IC-Prog es capaz de grabar y leer prácticamente todos los PICs y casi todos los tipos de memorias que hay en el mercado. Podemos bajarlo gratuitamente de la página de su autor (ver enlaces), de donde elegiremos la versión “IC-Prog Software 1.05D Multi-Lingual” y, si estamos usando Windows NT o XP, también necesitaremos descargar un driver especial, que también encontraremos en ese sitio y que deberemos descomprimir en la misma carpeta donde hayamos puesto el IC-Prog.
En la misma página hay un excelente archivo de ayuda, en español, que deberíamos leer para usar sin problemas el programa. Es importante seleccionar el programador JDM en la opción “Ajustes” -> “Tipo Hardware”, ya que si no será imposible grabar nada.
En dicha pantalla de opciones figura un control deslizable con el nombre “Retardo I/O”. Este valor es la demora entre cada dato enviado al PIC. Cuanto más pequeño, menos tardaremos en grabar el programa, pero, de acuerdo con la PC que tengamos, no podremos hacerlo demasiado pequeño. 10 es un buen valor, y se pueden ir haciendo pruebas con valores más pequeños. Cuando veamos que la grabación falla, volvemos al valor que funcionó y lo dejamos así.
No hay mucho más para decir de este sencillo programa, y después de haber grabado un par de microcontroladores lo usaremos con confianza y seguridad. Por supuesto, también puede ser utilizado para el proceso inverso, es decir, leer el contenido de un microcontrolador. Esto solo será posible si al momento de grabarlo no se utilizó la opción de proteger su contenido, en cuyo caso solo podrá ser borrado y grabado, pero no leído.
Del programa al archivo .HEX
El programa, desde el punto de vista del PIC, es una serie más o menos larga de “0” y “1”. Como sería sumamente complicado programar de esa manera, se utiliza un ASM provisto por Microchip (u otros lenguajes de alto nivel, principalmente C y Basic) que, al compilarse, genera un archivo con extensión .HEX. Ese archivo es el que se carga en el microcontrolador con la ayuda del IC-Prog y del programador.
A lo largo de esta serie de notas iremos explicando cómo construir nuestros propios programas de alto nivel y cómo convertirlos en ASM. Utilizaremos una versión de BASIC, lo que significa que será muy fácil aprender a sacarles el jugo a estos chips, ya que es un lenguaje muy sencillo de aprender y probablemente muchos lectores, en algún momento, hayan hecho algún programa en su ordenador utilizando uno de los tantos dialectos de BASIC disponibles. La idea es que desde NeoTeo brindemos lo necesario para que el aficionado aprenda a utilizar estos chips, que hacen de la electrónica digital un hobby apasionante.
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