Главная

Программы

USB-программатор (AVR): описание, назначение. Миниатюрный USB программатор для AVR микроконтроллеров Универсальный usb программатор своими руками схема

USB-программатор (AVR): описание, назначение. Миниатюрный USB программатор для AVR микроконтроллеров Универсальный usb программатор своими руками схема

Данный программатор не нуждается в первичном программировании - протравил печатную плату, спаял и пользуйся. Автор данного устройства указан в конце статьи, а здесь приведу небольшую выдержку из руководства, чтоб было понятнее, о чём речь: правильный USB-программатор – вещь, фактически, универсальная. Его можно воткнуть в любой современный компьютер и без проблем перешить нужный микроконтроллер с любым объемом FLASH-памяти на довольно высокой скорости. Но ключевое слово здесь – "правильный", который нормально работает без настройки и танцев с бубном над ним сразу же после установки и монтажа деталей. Который не глючит при переходе от одного ПК к другому или смене ОС. Правильный – это такой, драйвера на который есть для любой современной широко используемой версии ОС, и эти дрова неглючные. Каждый определит еще с десяток критериев правильности для себя лично, но вышеперечисленные – основные, без соблюдения которых нормально работать с микроконтроллером невозможно будет в принципе.

В настоящее время в Интернете полно различных схем USB-программаторов для AVR . Условно их можно разделить на две большие группы.

Первая группа включает в себя программаторы, построенные на основе микроконтроллеров (в частности, AVR). Собирал несколько штук программаторов от Prottoss’а (AVR910), себе и своим знакомым, а также несколько штук USBasp. Двое из знакомых, одаренных сиими дывайсами, в восторге. Удачно шьют камни в течение уже нескольких лет. У остальных (в частности – у меня лично) собранные программаторы особой радости не вызвали. Не говорю, что они плохие, просто вот так складывались обстоятельства: на одном компьютере работает, на другом нет. Или, проработав пару часов, оказывались невидимыми для софта, через который шьется камень. И много еще чего. Сразу оговорю – я не разбирался с прошивкой контроллеров, на которых данные программаторы собраны. Правда, перепробовал кучу программ-прошивальщиков, через которые данные программаторы, вроде как без проблем должны шить камни. Однако, результат в виде частых глюков меня не особо удовлетворил. Исключение составила только программа AVRDUDE в комплексе с графической оболочкой SinaProg, но о ней я узнал слишком поздно. Кстати, заметил такую тенденцию: чем древнее железо ПК, тем лучше работают данные программаторы. Ну и самый неприятный момент для тех, кто выбрал второй вариант знакомства с микроконтроллерами AVR – чтобы программатор заработал, нужно чем-то прошить входящий в его состав камень. То есть получается так: чтобы пользоваться программатором нужно сделать/найти программатор, чтобы прошить мозги этого программатора. Вот такой вот замкнутый круг.

И вторая группа USB-программаторов включает в себя решение на базе специализированной микросхемы FT232Rx. В свое время данная микросхема стала своего рода революцией. Мало того, что она без особых заморочек для разработчика преобразует USB в UART (и, наверное, 95% разработчиков используют ее именно в этих целях). Она еще умеет эмулировать полноценный COM-порт, причем состояние «второстепенных» линий (таких, как RTS, CTS, DTR и т.д.) можно задать/считать не из виртуального COM-порта, а напрямую через драйвер FTDI (разработчика FT232Rx). Таким образом, появилось новое, без необходимости первичной прошивки мозгов программатора, решение, для прошивки микроконтроллеров, причем, довольно быстрое.

Принципиальная схема программатора USB

Данная схема просто направляет сигналы MOSI, MISO, SCK и RESET, которые формируются на выводах DCD, DTR, RTS и DSR микросхемы DD1 (FT232RL) соответственно, на нужные выводы прошиваемого микроконтроллера (т.е., фактически является аналогом «древних» программаторов). Причем, делает это только в момент программирования камня, в остальные моменты времени программатор отключен от прошиваемой платы за счет 4-х буферных элементов микросхемы DD2 (74HC125D). Состояние линий MOSI, MISO, SCK и RESET устанавливается/считывается прошивающим софтом на компьютере. Передача данных между ПК и микросхемой FT232RL идет по шине USB (от которой еще и получает питание программатор).

Светодиод HL2 («PWR») сигнализирует о подаче на программатор напряжения питания с шины USB. Светодиод HL1 («PROG») индицирует процесс прошивки микроконтроллера (горит только во время прошивки). Вот, в принципе, и все описание собственно схемы электрической принципиальной. Единственное что хотелось бы отметить: во-первых, для подключения программатора к прошиваемой плате используется разъем IDC-10MR (XP2 «ISP»), распиновка которого совпадает с широко распространенной распиновкой разъема программатора
STK200/STK300:

XP2 "ISP" разъем для подключения устройства к программируемому микроконтроллеру

XP3 "MISC" разъем для использования дополнительных функций программатора

В общем микросхема FT232RL имеет довольно серьёзный потенциал для разработчика (например, линии шины CBUS можно использовать как обычные линии ввода-вывода микроконтроллера), поэтому неплохо бы иметь доступ ко всем ее выводам. Ну и доступ к напряжениям +5,0 В и +3,3 В тоже лишним никогда не будет. В приклеплении печатная плата и полное подробное описание. Разработка и мануал - [email protected] , испытание - SssaHeKkk .

В моём случае это абсолютный рекордсмен по скорости доставки - около 5 месяцев беспечного блуждания непонятно где. Несмотря на чудовищную задержку по времени, пакет я всё-таки получил, чему несказанно рад, не взирая на недочёты, о коих поведаю ниже. Поскольку у меня весьма плохая память, то нужно было объединить найденную полезную информацию где-то в одном месте в виде памятки, собирать её по крупицам в разных закоулках сети оказалось делом нетривиальным, поэтому оформлю всё это отдельным постом.
USB ISP - самый дешёвый программатор контроллеров AVR, что можно найти в продаже, брался для расширения кругозора и более углубленного изучения AVR.
Обзор в себя включает: описание программатора, как его подключить к чипу, настройку его работы в программах AvrDude Prog, Khazama, Atmel Studio 7, и не только это.

Конечно вместо него можно использовать Arduino UNO с прошитым в него скетчем ArduinoISP, но это не удобно, возня с проводами, особенно если UNO всего одна, отбивает энтузиазм. Проще было заиметь отдельно такой программатор, точнее два. По двум причинам:
1) Ещё перед покупкой уже из отзывов было понятно, что качество пайки этих устройств страдает, а некоторым ещё и с расколотыми стабилитронами они приходили. Решено было подстраховаться, заказав два.
2) Один программатор к тому же можно шить другим, переставив перемычку на ведомом устройстве.

Технические характеристики

Поддерживаемые ОС: Windows, MacOS, Linux
Процессор: Atmega8A
Интерфейс подключения к ПК: USB
Интерфейс программирования: ISP (внутрисхемное)
Напряжение программирования: 5В или 3.3В (в зависимости от положения перемычки JP2)
Частота программирования: 375кГц (по умолчанию) и 8кГц (при замкнутой перемычке JP3)
Поддерживаемые контроллеры: все AVR с интерфейсом SPI
Описание:

Список поддерживаемых микроконтроллеров

ATmega серия

ATmega8 ATmega48 ATmega88 ATmega168 ATmega328
ATmega103 ATmega128 ATmega1280 ATmega1281 ATmega16
ATmega161 ATmega162 ATmega163 ATmega164 ATmega169
ATmega2560 ATmega2561 ATmega32 ATmega324 ATmega329
ATmega3290 ATmega640 ATmega644 ATMEGA64 ATmega649
ATmega6490 ATmega8515 ATmega8535

Tiny серия

ATtiny12 ATtiny13 ATtiny15 ATtiny26 ATTINY25
ATtiny45 Attiny85 ATtiny2313

Серия Classic

AT90S1200 AT90S2313 AT90S2333 AT90S2343 AT90S4414
AT90S4433 AT90S4434 AT90S8515
AT90S8535

CAN серия

AT90CAN128

PWM серия

AT90PWM2 AT90PWM3

Внешний вид

Комплект поставки минимальный - программатор + шлейф без резинки. В моём случае в удвоенном количестве.

Культура исполнения и вправду хромает, мне в глаза сразу бросились криво припаянные гребёнки. Везде где только можно - имеются следы флюса, причём с окислами, по всей видимости, программаторы давно валялись на складе, а сборка их производилась с присущей китайцам быстротой.

Некоторые отверстия не целиком заполнены припоем

SMD-элементы тоже криво припаяны

Гребёнку чуть позже выровнял, уж больно неприятно на такую раскосую смотреть, элементы пропаял, а плату затем отмыл

Размеры платы несколько больше USB-TTL-конвертера на CP2102

Длина шлейфа около 30см, бытует мнение, что чем короче шлейф, тем лучше. Некоторые его специально укорачивают. Если заказать оригинальный USBASP - там комплектный шлейф уже 50см.

Органы управления на плате

На плате имеются три перемычки, задающие разные режимы работы программатора:

JP1 - замыкается в случае обновления прошивки самого программатора
JP2 - тройная перемычка, здесь выбирается, какое напряжение будет подаваться на прошиваемый микроконтроллер, либо 5В (левое положение) и 3.3В (правое положение)
JP3 - если её замкнуть, то программирование контроллера будет происходить с пониженной частотой, однако китайцы не стали сюда впаивать гребёнку, т.к. на данной прошивке она не требуется

Программатор, как можно заметить, построен на базе Atmega8 с кварцем на 12МГц. Самый правый верхний элемент, подписанный F1, с перевёрнутой цифрой 4 - самовосстанавливающийся предохранитель, защищает USB-порт ПК/ноутбука, если на прошиваемой плате вдруг произошло короткое замыкание. Под перемычкой JP2 находится LDO-стабилизатор 662К , понижающий напряжение с 5В до 3.3В, если перемычка установлена в правое положение.

Установка драйверов

Чтобы начать пользоваться программатором, необходимо сперва поставить на него драйвера. Вставляю любой программатор в USB-порт ПК, звучит сигнал о новом оборудовании, на самом девайсе горит светодиод, но автоматического поиска драйверов не происходит.

примечание. перед установкой драйвера необходимо отключить проверку цифровой подписи в Windows

1) Скачать , распаковать в удобное место.
2) Зайти в «Диспетчер устройств», например навести курсор на главную кнопку (Win10), нажать ПКМ и выбрать пункт «Диспетчер устройств».

3) В ветке «Другие устройства» можно увидеть неопознанное устройство USBASP с оранжевым треугольничком - > навести на него курсор, нажать ПКМ -> «Обновить драйверы...»

4) Указать путь до раннее распакованной папки с драйверами - «libusb_1.2.4.0», нажать «ОК»

5) «Всё равно установить этот драйвер»

6) Готово, теперь оранжевый треугольничек пропал, драйвера поставлены

Прошивка собрата

Мне уже было известно до этого, что китайцы продают эти программаторы с не самой свежей прошивкой. Решил сперва обновить прошивку на одном из них, а затем ради интереса сравнить оба программатора в работе. Для этого соединяю шлейфом оба устройства, на ведущем (который вставляю в USB-порт) никакие перемычки не трогаются, а на ведомом программаторе (на котором будем обновлять прошивку) я переставил перемычку с JP2 на JP1 :

Захожу в программу Khazama AVR Programmer, выбираю из выпадающего списка ATmega8 и сперва считаю Flash-память через пункт меню «Command» -> «Read FLASH to Buffer», чтобы cохранить китайскую заводскую прошивку у себя. На всякий случай.

При этом периодически будет выпадать такая ошибка, закрыв окно, программа продолжит работу.

Идёт считывание, которое завершается всплывающим окном об успешном считывании FLASH-памяти в буфер

Теперь нужно сохранить содержимое буфера: «File» -> «Save FLASH Buffer As...». Выбрать удобное место, куда старая прошивка сохранится, дать имя (я например её назвал firmware_1) и дописать расширение *.hex - если его не писать, то она сохранится как просто файл без расширения.

Скачиваю прошивку для программатора с странички, архив usbasp.2011-05-28.tar.gz (в этом же архиве есть драйвера для Windows, распаковываю содержимое в удобное место.
Тем временем в Khazama загружу скачанную прошивку в буфер. «File» -> «Load FLASH File to Buffer». Выбираю прошивку, где в названии написано atmega8, поскольку прошиваемый программатор на этом чипе.

Как видно, здесь три прошивки - для Atmega8, 48 и 88. В нашем случае Atmega 8 - её и выбираю.

Прошиваю. «Command» -> «Write FLASH File to Buffer». Снова возникает ошибка, но после идёт процесс, завершающийся успехом.

Поскольку в обычном понимании «запрограммировать» означает выставить 1, то при работе со фьюзами всё ровно наоборот, от чего возникает путаница и в этом случае можно по неосторожности заблокировать контроллер и прошить потом его будет уже нельзя. Программа Khazama AVR Programmer удобна просмотром фьюз-битов - там наглядно видно и расписано , какие из них установлены, а какие нет.

Находятся они по пути «Command» -> «Fuses and Lock Bits...», откроется окно:

Где по нажатии кнопки «Read All» считаются фьюз- и лок-биты, а пресловутая ошибка успеет вылезти аж 5 раз подряд. Ошибки сыпятся именно на заводской китайской прошивке. Но если вставить в USB-порт недавно прошитый программатор, прошивкой скаченной по ссылке выше, то этих ошибок вылазить уже не будет, однако баги вылезут в другом месте, но о них позже.

Связь с платой Pro Mini (Atmega 168, 3.3V/8MHz)

В этом случае выводы программатора соединяются с выводами платы Pro Mini, как проиллюстрировано на схематичном рисунке ниже. Перемычки не переставляются, т.е. остаётся в положении 5В.
Несмотря на то, что плата Pro Mini подписана как 3.3В, на 168-ю Атмегу можно подавать и 5В. Стабилизатор AMS1117 на 3.3В кстати вообще выпаян из платы.

AVRDUDE PROG 3.3
Консольная программа для прошивки микросхем, своего графического интерфейса не имеет, в стоке работает из командной строки, но энтузиастами было написано немало оболочек на неё, для удобства работы с ней. Одна из таких оболочек называется AVRDUDE PROG, созданная русскоязычными разработчиками. Эта оболочка, на мой взгляд удобна как раз для Flash-перепрошивки МК. После её запуска выбирается контроллер, в данном случае Atmega168 и тип программатора - USBasp. После чего можно заниматься записью/считыванием памяти. Что на заводской прошивке, что на новой - в обоих случаях никаких проблем с общением с Atmega168 не возникло. Прошил ради интереса ардуиновский стандартный blink-скетч, экспортированный в бинарный HEX-файл. Всё гладко.

Khazama AVR Programmer
Здесь достаточно выбрать микроконтроллер из выпадающего списка и можно уже работать с памятью/битами.
Однако если на самом программаторе установлена заводская прошивка, периодически будут сыпаться ошибки, о чём выше уже было упомянуто, на новой прошивке - данных ошибок уже нет.

Связь с контроллером ATtiny13A в корпусе SOIC8

Соединение согласно схеме ниже. Но тут всё немного интереснее.

Поскольку голый чип в SMD-корпусе SOIC8, в данном случае я поместил его в переходник SOIC8-DIP8 для удобства соединения с программатором в дальнейшем. Обзор на этот переходник можно почитать .

AVRDUDE PROG 3.3
Тут выбирается из списка одноимённый контроллер, программатор USBasp и, если программатор прошит заводской китайской прошивкой, то все операции проходят ровно и гладко. Однако стоит заменить программатор на другой, с обновлённой прошивкой, то при любой операции возникает ошибка.

Появляется она из-за того, что ни программа, ни программатор не могут автоматически перейти в режим медленного программирования, необходимый для ATtiny13. Но есть как минимум два выхода:
1) Железный: замкнуть перемычку JP3

2) Программный: отредактировать файл «programm.ini» в папке с программой AVRDUDE PROG 3.3

Внести туда четыре строчки кода и сохранить. (взято )
progisp=jtag2pdiportprog=COM1portenabled=1 progisp=Usbasp -B 3 portprog=usb portenabled=0

Примечание. Здесь применён ключ "-B", который и занимается переводом программатора на пониженную частоту программирования. Значение «3» - время в микросекундах

После этого снова запустить AVRDUDE PROG 3.3 и в выпадающем списке программаторов выбрать UsbaspSpeed. Теперь работа с ATtiny13 на программаторе с новой прошивкой будет уже без ошибок, а перемычку JP3 замыкать больше не потребуется в этом случае.

Khazama AVR Programmer
Выбирается контроллер из списка и почти та же ситуация.

Программатор с заводской прошивкой нормально работает с ATtiny13, если не считать постоянно появляющихся окон с ошибкой, о чём раннее уже рассказывал.
Но с программатором на новой прошивке уже появляется иная ошибка с невозможностью прочесть сигнатуру (цифровую подпись) контроллера.

Но стоит замкнуть перемычку JP3 , и можно спокойно работать

Или просто задать частоту работы из выпадающего списка по пути «Command» -> «Programm Options», я выставил частоту 187.5кГц.

Примечание. Частота программирования должна быть меньше тактовой частоты прошиваемой микросхемы не менее, чем в 4 раза. Но если посмотреть на считанные с ATtiny13 фьюзы, то на последней строчке Int.Rc.Osc. указано 9.6МГц.
Как минимум, у новичка возникнет вопрос - почему на выставленных в KHazame 1.5МГц - появляется та же ошибка? А также почему, если в AtmelStudio написать например код мигания светодиода с частотой раз в секунду и в макросе прописать:
#define f_cpu 9600000 то загрузив код на Attiny13, светодиод будет мигать очень медленно?
- посмотрим на предпоследнюю строчку, где Divide Clock by 8 Internally - это включенный предделитель частоты, который делит эти 9.6МГц на 8, и поэтому реальная частота чипа здесь - 1.2МГц. Поэтому при выборе частоты 187.5кГц или меньше, ошибки исчезают и можно работать нормально с контроллером.

Примечание 2. Способ с выбором частоты в KHazame по скорости работы в несколько раз выигрывает у метода с физическим замыканием перемычки JP3, потому как в последнем случае частота понижается до 8кГц.

Интеграция программатора в Atmel Studio 7

Atmel Studio - среда разработки от фирмы Atmel, но напрямую работать с USBASP, тем более китайским, она не может. Однако благодаря той же программе AVRDUDE, входящий в состав пакета AVRDUDE PROG 3.3, которая будет играть здесь роль посредника, можно соорудить «костыль», а уже в самой среде затем добавить возможность прошивать МК, подключенный через USBASP.

Сперва нужно запустить среду, предполагается, что некий код у нас уже написан и собран. В моём примере это простая мигалка светодиодом - Blink.

На верхней панели инструментов выбрать «Tools» - «External Tools...»

Откроется небольшое окно, нажать «Add»

В самом верхнем поле «Title:» ввести любое удобное название, я написал «Atmega168», т.к. та конфигурация, что приведу чуть ниже относится конкретно к этому контроллеру, и для любого другого контроллера она настраивается индивидуально.
В большом поле наверху, название инструмента будет автоматически продублировано.

Вторая строка, поле «Command:» - здесь нужно указать путь до файла «avrdude.exe», который находится в папке с вышерассмотренной программой

Третья строка, поле «Arguments:» необходимо ввести собственно саму конфигурацию

Конфигурация для Atmega168

P m168 -c usbasp -P usb -U flash:w:$(ProjectDir)Debug\$(TargetName).hex:a
-p - наименование контроллера
-с - какой программатор
-P - порт, через который будет заливаться прошивка
-U - какая операция с какой памятью будет производится (в данном случае запись во Flash)
Если нужно настроить для другого МК, то параметр «m168» нужно изменить на соответствующий контроллер, который будет прошиваться. Например «m8» для Atmega8 или «m328p», если Atmega328p. Параметры для других МК смотрите - также там найдёте описания ключей AVRDUDE.

Конфигурация для ATtiny13

После заполнения полей нажать «Apply» и «ОК». Окно закроется

Теперь, если снова кликнуть по «Tools», там появится только что созданный инструмент. И по нажатии по нему откомпилированный код будет автоматически прошит в контроллер.

Но эта операция происходит в два клика, что не очень удобно. Надо вынести этот инструмент на главную панель инструментов, чтобы он был всегда на виду.
Для этого нужно снова зайти в «Tools», затем кликнуть по пункту «Customize...»
Откроется следующее окно:

Перейти во вкладку «Commands» - нажать кнопку «Add Command...»

Ещё одно окно появится. В нём - в левой колонке выбрать «Tools», а в правой колонке выделить «External Command 1». Нажать «OK»

«External Command 1» окажется наверху списка, и, обратите внимание на саму панель инструментов - в интерфейсе появился пункт «Atmega168».

Но как мне кажется, место ему отведено не совсем удачное, желательно его сдвинуть вправо, для этого нажимается кнопка «Move Down» (одно нажатие = сдвиг на одну позицию вправо). После этого можно закрывать окно по кнопке «Close» и шить чип прямо из студии в один клик через обозреваемый программатор.

При перепрошивке чипа таким методом, на секунду появляется консольное окно AVRDUDE. Но может возникнуть необходимость как-то сохранить этот лог для дальнейшего его просмотра - тогда в окне «External tools» нужно поставить галку на «Use Output window».

И теперь лог будет отображаться в окне вывода, что внизу программы ATmel Studio 7. Данная галка может задаваться отдельно для каждого добавленного в «External tools» контроллера.

Дополнение по фьюзам программатора

Из документа READMI, идущего в комплекте с драйверами и прошивкой для USBASP, позже выяснилось, что разработчик рекомендует выставить определённую конфигурацию фьюз-битов, определяющих работу внешнего резонатора.
Минусом khazam"ы является то, что в окне со фьюзами не отображаются HEX-значения выставленных битов. Это уже можно посмотреть в AVRDUDE PROG. Заводские фьюзы, выставленные китайцами, выглядят так (обязательно поставить точку «инверсные» - выделил синим прямоугольником ):

Это нужно снять две галки с «BODEN» и «SUT1» (выделено красным овалом),
поставить две галки на «CKOPT» и «SUT0» (выделено зелёным прямоугольником),
справа в колонке при этом будут отображаться HEX-значения изменённых битов (выделено жирным красным прямоугольником): Lock Byte: 3F , Fuse High Byte: C9 , Fuse Low Byte: EF .

Если всё сходится, можно нажимать «программирование»

ВНИМАНИЕ. Злой фьюз-бит RSTDISBL - не трогать ни в коем случае, иначе его установка заблокирует контроллер и прошить потом через USBASP его уже будет нельзя.

_____________________________________

Выводы

Опробовано, работает. Если khazam не планируется использовать, то в обновлении прошивки для программатора - смысла нет, благо и так прекрасно работает, причём в случае с ATtiny13 никаких правок и перемычек вносить не требуется. Последняя прошивка - почему-то оказалась более капризна в этом плане. Единственное, после получения, плату надо пропаять и отмыть.

Список ссылок

Как театр начинается с вешалки, так программирование микроконтроллеров начинается с выбора хорошего программатора. Так как начинаю осваивать микроконтроллеры фирмы ATMEL, то досконально пришлось ознакомится с тем что предлагают производители. Предлагают они много всего интересного и вкусного, только совсем по заоблачным ценам. К примеру, платка с одним двадцатиногим микроконтроллером с парой резисторов и диодов в качестве обвязки, стоит как «самолет». Поэтому остро встал вопрос о самостоятельной сборке программатора. После долгого изучения наработок радиолюбителей со стажем, было решено собрать хорошо зарекомендовавший себя программатор USBASP, мозгом которого служит микроконтроллер Atmega8 (так же есть варианты прошивки под atmega88 и atmega48). Минимальная обвязка микроконтроллера позволяет собрать достаточно миниатюрный программатор, который всегда можно взять с собой, как флэшку.

Автором данного программатора является немец Thomas Fichl, страничка его разработки со схемами, файлами печатных плат и драйверами.
Раз решено было собрать миниатюрный программатор, то перерисовал схему под микроконтроллер Atmega8 в корпусе TQFP32 (распиновка микроконтроллера отличается от распиновки в корпусе DIP):

Перемычка J1 применяется, в случае если необходимо прошить микроконтроллер с тактовой частотой ниже 1,5МГц. Кстати, эту перемычку вообще можно исключить, посадив 25 ногу МК на землю. Тогда программатор будет всегда работать на пониженной частоте. Лично для себя отметил, что программирование на пониженной скорости на доли секунды дольше, и поэтому теперь перемычку не дёргаю, а постоянно шью с ней.
Стабилитроны D1 и D2 служат для согласования уровней между программатором и USB шиной, без них работать будет, но далеко не на всех компьютерах.
Светодиод blue показывает наличие готовности к программированию схемы, red загорается во время программирования. Контакты для программирования выведены на разъем IDC-06, распиновка соответствует стандарту ATMEL для 6-ти пинового ISP разъема:

На этот разъем выведены контакты для питания программируемых устройств, здесь оно берется напрямую с USB порта компьютера, поэтому нужно быть внимательным и не допускать кз. Этот же разъем применяется и для программирования управляющего микроконтроллера, для этого достаточно соединить выводы Reset на разъеме и на мк (см. красный пунктир на схеме). В авторской схеме это делается джампером, но я не стал загромождать плату и убрал его. Для единичной прошивки хватит и простой проволочной перемычки. Плата получилась двухсторонняя, размерами 45х18 мм.

Разъем для программирования и перемычка для снижения скорости работы программатора вынесены на торец устройства, это очень удобно

Прошивка управляющего микроконтроллера

Итак, после сборки устройства осталось самое важное - прошить управляющий микроконтроллер. Для этих целей хорошо подходят друзья у которых остались компьютеры с LPT портом:) Простейший программатор на пяти проводках для AVR
Микроконтроллер можно прошивать с разъема программирования, соединив выводы Reset микроконтроллера (29 нога) и разъема. Прошивка существует для моделей Atmega48, Atmega8 и Atmega88. Желательно использовать один из двух последних камней, так как поддержка версии под Atmega48 прекращена и последняя версия прошивки датируется 2009 годом. А версии под 8-й и 88-й камни постоянно обновляются, и автор вроде как планирует добавить в функционал внутрисхемный отладчик. Прошивку берем на странице немца. Для заливки управляющей программы в микроконтроллер я использовал программу PonyProg. При программировании необходимо завести кристалл на работу от внешнего источника тактирования на 12 МГц. Скрин программы с настройками fuse перемычек в PonyProg:

После прошивки должен загореться светодиод подключенный к 23 ноге микроконтроллера. Это будет верный признак того, что программатор прошит удачно и готов к работе.

Установка драйвера

Установка велась на машину с системой Windows 7 и никаких проблем не возникло. При первом подключении к компьютеру выйдет сообщение об обнаружении нового устройства, с предложением установки драйвера. Выбираем установку из указанного места:

Мигом появится окно с предупреждением о том, что устанавливаемый драйвер не имеет цифровой подписи у мелкомягких:

Забиваем на предупреждение и продолжаем установку, после небольшой паузы появится окно, сообщающее об успешном окончании операции установки драйвера

Все, теперь программатор готов к работе.

Khazama AVR Programmer

Для работы c программатором я выбрал прошивальщик Khazama AVR Programmer . Замечательная программка, с минималистичным интерфейсом.

Она работает со всеми ходовыми микроконтроллерами AVR, позволяет прошивать flash и eeprom, смотреть содержимое памяти, стирать чип, а также менять конфигурацию фьюз-битов. В общем, вполне стандартный набор. Настройка фьюзов осуществляется выбором источника тактирования из выпадающего списка, таким образом, вероятность залочить кристалл по ошибке резко снижается. Фьюзы можно менять и расстановкой галок в нижнем поле, при этом нельзя расставить галки на несуществующую конфигурацию, и это тоже большой плюс в плане безопасности.

Запись фьюзов в память мк, как можно догадаться, осуществляется при нажатии кнопки Write All. Кнопка Save сохраняет текущую конфигурацию, а Load возвращает сохраненную. Правда я так и не смог придумать практического применения этих кнопок. Кнопка Default предназначена для записи стандартной конфигурации фьюзов, такой, с какой микроконтроллеры идут с завода (обычно это 1МГц от внутреннего RC).
В общем, за все время пользования этим программатором, он показал себя с наилучшей стороны в плане стабильности и скорости работы. Он без проблем заработал как на древнем стационарном пк так и на новом ноутбуке.

Скачать файл печатной платы в SprintLayout можно по

22 сентября 2011 в 20:11

Миниатюрный USB программатор для AVR микроконтроллеров

Программирование микроконтроллеров

Прошивка управляющего микроконтроллера

Установка драйвера

Все, теперь программатор готов к работе.

Khazama AVR Programmer

Скачать файл печатной платы в SprintLayout можно по

Узнаем что такое ISP-интерфейс, разберемся с недорогим и удобным программатором USB ISP. Рассмотрим принципиальные схемы простейших программаторов для AVR микроконтроллеров с использованием COM и LPT портов компьютера. Данной информации вполне хватит чтобы прошить большинство моделей AVR микроконтроллеров не только в Linux, но и в других ОС.

Интерфейс внутрисистемного программирования ISP

Для того чтобы записать программу в AVR микроконтроллер вам понадобится программатор.

Программатор - это небольшая электронная схема, которая позволяет подключить микроконтроллер к одному из портов компьютера (COM, LPT, USB) для последующего считывания и записи прошивки (программирования).

Существует достаточно много разнообразных конструкций программаторов для AVR микроконтроллеров, которые подключаются к разным портам компьютера.

Наиболее надежный и удобный вариант - это программатор что подключается к USB-порту, поскольку в новых настольных компьютерах и ноутбуках уже не устанавливают COM и LPT порты.

В готовых устройствах программатор подключается к микроконтроллеру посредством интерфейса ISP (In System Programming) - интерфейс внутрисистемного программирования. ISP интерфейс представляет собою несколько проводников по которым поступает тактовый сигнал и данные для связки программатора с микроконтроллером.

Как правило ISP интерфейс размещают на платах в виде десяти или шести штырьков, к которым посредством подходящего коннектора через шлейф подключается программатор.

Рис. 4. ISP интерфейс на плате.

Назначение пинов в ISP интерфейсе:

VCC - плюс питания, как правило +5В;
GND - минус питания, земля (Ground);
MOSI - вход данных (Master Out Slave In);
MISO - выход данных (Master In Slave Out);
SCK - тактовый сигнал (Serial Clock);
RST - дла подачи сигнала сброса (Reset).

Для внутрисхемного программирования микроконтроллера достаточно всего 4 пина, поскольку питание микроконтроллера может осуществляться от самой схемы где он установлен.

Как подключить программатор к микросхеме-микроконтроллеру AVR если он не впаян в схему? - очень просто, используя те же пины ISP интерфейса, при необходимости запитав при этом микроконтроллер от источника питания.

Программатор USB ISP ASP

Для работы с AVR чипами я приобрел недорогой USB ISP программатор по цене примерно 10$. Такое устройство есть сейчас в продаже во многих отечественных и зарубежных интернет-магазинах, так что с покупкой проблем не должно возникнуть.

Рис. 5. USB ISP - программатор со шлейфом для внутрисхемного программирования AVR микроконтроллеров фирмы ATMEL.

Данный программатор безопасен в использовании, имеет небольшие размеры и поддерживается большинством программ для прошивки микроконтроллеров AVR. USB ISP работает под операционными системами Linux, Mac OS X и Windows. Для Linux никаких драйверов устанавливать не нужно, после подключения программатора к USB порту устройство сразу же определится и будет готово к использованию.

Ниже приведу распиновку коннекторов программатора USB ISP - она нам потом пригодится при подключении к микроконтроллеру.

Рис. 6. Расположение пинов на разъеме USB ISP (распиновка).

Рис. 7. Расположение контактов в гнездах коннектора подключенного к программатору USB ISP.

Что делать если нет возможности купить программатор USB ISP ? - можно программировать микроконтроллеры используя несложные самодельные программаторы что подключаются к COM или LPT порту, но лучше самому изготовить USB ISP при этом один раз запрограммировав микросхему-микроконтроллер для него простым самодельным программатором через COM или LPT порт.

Рис. 8. Принципиальная схема самодельного программатора USB ASP ISP.

Подробную информацию по изготовлению USB ASP, а также печатные платы, драйвера и прошивку для микроконтроллера можно найти на официальном сайте: http://www.fischl.de/usbasp/

К тому же в интернете достаточно много ресурсов по данному свободному программатору, есть много готовых разводок печатных плат, в том числе и в программе SprintLayout, поэтому подробно в данной статье останавливаться на этом не будем.

Программатор с использованием COM-порта

Этот программатор еще называют "программатором Громова", в честь того кто придумал эту схему, создателя программы Algorithm Builder (графическая среда для программирования AVR под Windows используя алгоритмический язык) - Г.Л. Громова.

Данный программатор позволяет программировать AVR чипы используя COM порт компьютера - интерфейс RS232. Для сборки такого программатора потребуется минимум деталей - 3 диода, 7 резисторов, разъем DB-9 или DB-25(в зависимости от того какой ответный разъем установлен у вас в компьютере) и коннектор ISP для подключения к микроконтроллеру (или же просто несколько проводников к чипу). Диоды в схеме можно использовать любые маломощные.

Рис. 9. Принципиальная схема программатора AVR микроконтроллеров через COM порт компьютера.

Для полноты информации ниже приведу распиновку портов RS-232 для вариантов DB-9 и DB-25.

Рис. 10. RS232 - COM Port, DB-9 расположение выводов.

Рис. 11. RS232 COM Port DB-25 - расположение выводов на разъемах.

Программатор с использованием LPT-порта

Как мы знаем, LPT порт компьютера предназначен для подключения локального принтера (Local Printer Port), но тем не менее его часто используют для подключения различных устройств и самоделок. В данном случаем мы можем его использовать для программирования AVR микроконтроллеров, собрав для данной цели очень простую схему что приведена ниже.

Рис. 12. Принципиальная схема программатора для AVR микроконтроллеров с использованием LPT порта компьютера.

Как видим, схема еще проще чем в варианте с , здесь нам нужны всего лишь 4 маломощных резистора и разъем (папа, со штырьками) для подключения к LPT порту компьютера.

Рис. 13. Расположение пинов для разъемов LPT-порта.

Все детали и соединения можно разместить в корпусе LPT-разъема, а для подключения к микроконтроллеру вывести шлейф с коннектором под ISP-интерфейс или же просто необходимые проводники для подключения к микро-чипу.

Программное обеспечение и заметки

Подключив COM или LPT программатор к микроконтроллеру нужно не забыть подать питание на сам микрочип. В качестве источника питания микроконтроллера можно использовать батарейки или блок питания со стабилизатором, это будет наиболее безопасно как для порта компьютера, так и для чипа. О том как использовать мы уже рассматривали.

Под Linux есть очень мощная программа которая умеет работать с USB ASP, COM и LPT программаторами - это программа AVRDUDE , о ней будет идти речь в следующих разделах.

Для прошивки AVR чипов под Windows с использованием данных COM и LPT программаторов нужна программа UniРrof от Николаева, которая представляет собою универсальный программатор для AVR (avr.nikolaew.org).

ВНИМАНИЕ! Будьте предельно внимательны и осторожны при сборке и использовании программаторов с использованием COM или LPT порта компьютера, простой ошибкой можно запросто подпалить эти порты. Для нормальной работы таких программаторов нужно стараться использовать по возможности максимально короткие проводники от разъема к схеме программатора и микроконтроллеру. Микропроцессор компьютера желательно чтобы имел частоту не более 1-2 ГГц, а в качестве ОС для программирования чипов желательно использовать Win2000 или WinXP.

Также важно знать что переходники USB-RS232 (USB-COM Port) скорее всего не будут работать с программатором Громова, заработают возможно только те у которых стоят более новые микросхемы, так что лучше искать машину с родным COM-портом.

Заключение

Программаторы что рассмотрены в статье - это всего лишь несколько наиболее доступных и простых решений из большого списка программаторов для AVR: USBTinyISP, AVR-Doper, AVR vusbtiny, AVRISP-MkII, программаторы на FTDI и другие.

Теперь в любом случае вы сможете собрать доступный вам программатор и прошить хотя бы одну микросхему, на основе которой можно собрать другой более удобный программатор или же какое-то устройство.

В следующей статье мы разберемся как подключить разные модели AVR микроконтроллеров к программатору, узнаем где брать информацию о распиновке микроконтроллеров.

Разделы