Классическая схема программатора K150 собирается на микроконтроллере PIC16F628 и позволяет прошивать широкий ряд PIC-контроллеров через стандартный COM-порт компьютера — без покупки готового устройства за сотни рублей. Проблема в том, что современные ПК лишены COM-порта, поэтому перед сборкой нужно определиться: будет устройство работать через аппаратный RS-232 или через переходник USB-UART.
Эта статья описывает сборку известной схемы K150, которая много лет кочует по радиолюбительским форумам и журналам. Схема не является официальным продуктом одного производителя — существует несколько вариантов печатных плат и небольшие различия в обвязке, поэтому конкретную разводку стоит брать из проверенного источника, которому вы доверяете. Ниже — принцип работы, список компонентов, порядок сборки и типичные ошибки.
Что такое K150 и что он умеет
K150 — это самодельный программатор для микроконтроллеров семейства PIC компании Microchip. Устройство подключается к последовательному порту компьютера и вместе с управляющей программой (классически используется оболочка DIY K150 / Microbrn) позволяет читать, записывать и верифицировать прошивки.
Сердце программатора — сам PIC-контроллер, обычно PIC16F628 или PIC16F628A, в который предварительно зашивается управляющая прошивка. Здесь кроется известный «парадокс курицы и яйца»: чтобы собрать программатор, нужен уже прошитый контроллер. Выходы из ситуации рассмотрим ниже.
Устройство формирует напряжение программирования VPP (около 13 В) из питания схемы, поэтому внешний источник повышенного напряжения не требуется — всё берётся с COM-порта или от небольшого внешнего питания, в зависимости от варианта схемы.
K150 — это программатор на PIC16F628 для прошивки PIC-контроллеров через COM-порт; для его сборки нужен уже прошитый управляющий чип.
Необходимые компоненты
Детали для K150 недорогие и доступны в любом магазине радиокомпонентов или на радиорынке. Точный номинал берите из выбранного варианта схемы — ниже приведён типовой состав.
- 🔧 Микроконтроллер PIC16F628 или PIC16F628A в корпусе DIP-18 — управляющий чип.
- 🔌 Микросхема MAX232 (или аналог) с четырьмя конденсаторами — преобразователь уровней RS-232.
- ⚡ Транзисторы малой мощности (типовые позиции — BC547, BC557 или аналоги) для формирования VPP и коммутации.
- 💡 Стабилитроны и диоды для формирования напряжения программирования около 13 В.
- 🧷 Панелька с нулевым усилием (ZIF) или обычная панелька под программируемый контроллер.
- 🔋 Разъём DB9 «мама» для подключения к COM-порту, резисторы, керамические и электролитические конденсаторы.
ZIF-панелька сильно упрощает жизнь, если планируется прошивать много микросхем: ножки не гнутся, чип вставляется и вынимается за секунду. Если программатор нужен для пары проектов, можно обойтись обычной панелькой или даже выводом сигналов на штыревой разъём для внутрисхемного программирования.
Покупайте PIC16F628A в DIP-корпусе и сразу возьмите панельку под него — это позволит заменить чип при ошибке прошивки без выпаивания.
Схема и принцип работы
Схемотехника K150 строится вокруг трёх узлов. Первый — преобразователь уровней на MAX232, который согласует сигналы COM-порта (±12 В) с логическими уровнями микроконтроллера (0–5 В). Второй — сам PIC16F628 с прошивкой, реализующей протокол обмена с ПК и алгоритмы программирования целевого чипа. Третий — каскад формирования напряжения VPP на транзисторах и стабилитронах.
Программируемый контроллер подключается к линиям VDD, VPP, GND, DATA (RB7/PGD) и CLOCK (RB6/PGC). Управляющий чип по командам от ПК подаёт на целевой микроконтроллер тактирующие импульсы и данные в соответствии со спецификацией ICSP от Microchip.
| Узел схемы | Компоненты | Назначение |
|---|---|---|
| Интерфейс с ПК | MAX232, 4 конденсатора, DB9 | Согласование уровней RS-232 и TTL |
| Управление | PIC16F628A, кварц или внутренняя тактовая | Протокол обмена и алгоритм прошивки |
| Формирование VPP | Транзисторы, стабилитрон, резисторы | Напряжение программирования ~13 В |
| Питание | Стабилизатор 5 В или питание от порта | Питание логики схемы |
| Целевой чип | ZIF-панелька или разъём ICSP | Подключение программируемого PIC |
⚠️ Внимание: превышение напряжения VPP или подача его не на тот вывод может необратимо вывести программируемый контроллер из строя. Перед первым включением проверьте напряжение на соответствующем контакте панельки мультиметром без установленного чипа.
Изготовление печатной платы
Разводок платы K150 существует несколько — под корпуса DIP, под ZIF-40, компактные варианты. Рисунок платы обычно распространяется в формате *.lay для программы Sprint Layout, что удобно для изготовления методом ЛУТ (лазерно-утюжная технология) или фоторезистом.
Порядок изготовления стандартный для односторонней платы: перенос рисунка на фольгированный текстолит, травление в растворе хлорного железа или персульфата аммония, сверловка отверстий сверлом 0,8–1 мм, лужение дорожек. Перемычки, если они предусмотрены разводкой, выполняются монтажным проводом.
Обратите внимание на зеркальность рисунка при ЛУТ: шаблон должен печататься так, чтобы после переноса дорожки совпали с посадочными местами компонентов. Это самая частая ошибка начинающих — плата получается зеркальной, и панельки «не встают».
Альтернатива без травления платы
Схему K150 можно собрать на макетной плате с шагом 2,54 мм. Количество соединений невелико, и аккуратный навесной монтаж вполне работоспособен. Минус — ниже надёжность и выше риск случайного замыкания, поэтому для постоянного использования плата предпочтительнее.
Прошивка управляющего контроллера
Как уже отмечено, PIC16F628A нужно прошить до сборки устройства. Файл прошивки (HEX) обычно прилагается к описанию схемы. Способов решить задачу несколько, и выбирать стоит тот, что требует минимум дополнительного оборудования.
- 🛠️ Попросить прошить чип у знакомого радиолюбителя или в мастерской по ремонту электроники — самый простой путь.
- 🖥️ Собрать простейший программатор типа JDM на нескольких резисторах и транзисторах для разовой прошивки через COM-порт.
- 🛒 Купить недорогой готовый программатор (например, на базе PICkit-совместимого клона) — он пригодится и в дальнейшем.
- 📦 Заказать чип с уже записанной прошивкой — некоторые продавцы радиодеталей предлагают такую услугу.
При прошивке через JDM-подобные схемы учитывайте: они чувствительны к параметрам COM-порта и часто отказываются работать с ноутбуками и переходниками USB-COM из-за заниженных уровней сигналов. Стационарный ПК с «честным» аппаратным портом — наиболее беспроблемный вариант.
Сборка и первое включение
Монтаж ведите от низких компонентов к высоким: сначала перемычки и резисторы, затем панельки, конденсаторы, транзисторы, разъёмы. Микросхемы устанавливайте в панельки в последнюю очередь, соблюдая ключ (выемка на корпусе). Полярность электролитических конденсаторов и диодов проверьте дважды — ошибка здесь гарантированно портит деталь.
Перед первым включением не вставляйте программируемый чип. Подайте питание, подключите плату к COM-порту и проверьте мультиметром: наличие +5 В на питании PIC16F628A, отсутствие посторонних напряжений на сигнальных линиях панельки, появление VPP только при активной команде от программы. Только после этого устанавливайте целевой контроллер.
☑️ Проверка K150 перед первой прошивкой
⚠️ Внимание: COM-порт не рассчитан на короткие замыкания и переполюсовку. Случайное замыкание линий порта при отладке может вывести из строя контроллер порта на материнской плате. Работайте аккуратно и не подключайте плату «на весу» без фиксации.
Подключение к компьютеру и софт
Классическая связка для K150 — программа Microbrn (оболочка DIY) под Windows. После запуска нужно указать номер COM-порта и выполнить тест связи: программа опрашивает программатор и сообщает версию его прошивки. Если тест проходит — устройство готово к работе.
С переходниками USB-COM ситуация неоднозначная. Часть адаптеров работает корректно, часть — нет: причина в нестандартных уровнях сигналов и задержках драйвера. Если тест связи не проходит через переходник, это ещё не означает неисправность платы — проверьте её на компьютере с аппаратным портом. Выбирайте переходники на проверенных чипах и будьте готовы, что конкретный экземпляр может оказаться несовместимым.
Для прошивки целевого контроллера последовательность такая: выбрать тип чипа в программе, загрузить HEX-файл, вставить микросхему в панельку, выполнить стирание, запись и верификацию. Ошибка верификации обычно указывает на плохой контакт в панельке, недостаточное VPP или несовместимость переходника.
Если верификация периодически сбоит, попробуйте укоротить кабель между программатором и COM-портом — длинные шлейфы ухудшают фронты сигналов.
Типичные неисправности и их диагностика
Если программатор не определяется программой, диагностику ведите от простого к сложному. Сначала проверьте сам порт и кабель: замкните на разъёме DB9 контакты RX и TX (со стороны кабеля, без платы) и убедитесь в терминальной программе, что символы эхом возвращаются. Это подтверждает работоспособность порта.
Далее проверьте узел MAX232: на его выходах должны присутствовать напряжения около ±9 В, формируемые встроенными преобразователями. Их отсутствие говорит о неисправной микросхеме, неправильной полярности обвязочных конденсаторов или отсутствии питания. И только потом подозревайте управляющий контроллер и его прошивку.
Отдельная категория проблем — «прошивается, но не работает устройство на целевом чипе». Здесь чаще всего виноваты неверно выставленные биты конфигурации (fuses) в HEX-файле или их изменение при записи. Сверяйте конфигурацию с исходным проектом и не меняйте её без понимания последствий.
Диагностику начинайте с проверки COM-порта замыканием RX/TX, затем проверяйте MAX232 и только после этого — управляющий контроллер.
FAQ: частые вопросы о K150
Можно ли собрать K150 без COM-порта на компьютере?
Да, через переходник USB-COM, но совместимость не гарантирована: часть адаптеров работает некорректно из-за уровней сигналов и задержек. Надёжнее использовать ПК с аппаратным портом. Существуют и любительские переделки схемы под USB, но это уже другая конструкция.
Какие микроконтроллеры поддерживает K150?
Список зависит от версии прошивки управляющего чипа и оболочки. Классически поддерживаются популярные серии PIC12, PIC16 и часть PIC18. Точный перечень смотрите в документации к вашей версии прошивки и программы Microbrn.
Где взять прошивку для PIC16F628A?
HEX-файл прошивки обычно прилагается к описанию схемы K150 на радиолюбительских ресурсах. Скачивайте его из того же источника, откуда взяли схему и печатную плату, чтобы версии были совместимы.
Программа выдаёт ошибку связи с программатором. Что делать?
Проверьте правильность номера COM-порта в настройках, целостность кабеля, питание платы и работу MAX232. Если используется переходник USB-COM — протестируйте плату на компьютере с аппаратным портом, чтобы отделить проблемы адаптера от неисправности схемы.
Чем K150 отличается от PICkit?
PICkit — официальный программатор Microchip с подключением по USB, поддержкой современных чипов и интеграцией со средой MPLAB. K150 — самодельная конструкция под COM-порт с ограниченным списком поддерживаемых контроллеров. Для регулярной работы с новыми PIC удобнее PICkit и его совместимые клоны; K150 интересен как учебный проект и бюджетное решение для классических серий.