У радиотехников, которые любят заниматься конструированием электронных приборов, время от времени возникает необходимость использования в своих разработках микроконтроллеров. Применение этих полупроводниковых приборов
открывает огромные перспективы перед радиотехником. Микроконтроллеры выпускаются всего несколькими фирмами, лидерами из которых являются MicrochipTechnology, ATMEL, ARMLimited. Главной особенностью подобных приборов является необходимость их программной прошивки. Для этого и необходимы программаторы. На сегодняшний день существует огромный выбор различных типов программаторов, правда, цена таких изделий весьма высока, и не каждый радиолюбитель сможет позволить себе приобрести такое устройство.
В этой статье мы рассмотрим USB-программатор (AVR) на базе управляющего микроконтроллера Atmega 8. Это изделие достаточно простое, для того чтобы радиолюбитель смог собрать его самостоятельно и не тратил большие деньги на фирменное изделие. Выбранный нами USB-программатор (AVR) имеет минимальную обвязку микроконтроллера, что позволяет собрать весьма миниатюрный прибор. Такое изделие не займет много места, оно имеет обычной флэшки. USB-программатор (AVR) в своей схеме содержит микроконтроллер тип корпуса - TQFP 32 (не следует путать с типом корпуса DIP, так как у них различные распиновки). Схема такого устройства приведена на фото.
Приступим к описанию схемы прибора. Перемычка J1 используется в том случае, когда возникает необходимость прошивки микроконтроллера, имеющего тактовую частоту ниже 1,5 Мгц. При желании эта перемычка легко исключается из схемы, для этого 25-й вывод контроллера садится на «землю». В таком случае AVR-USB-программатор всегда будет функционировать на пониженной частоте. Следует учесть, что программирование на занимает больше времени, но решать, конечно же, вам. Стабилитроны D1, D2 применяются для согласования уровня между USB-шиной и программатором. Голубой светодиод сигнализирует о готовности устройства к программированию микроконтроллера, красный диод горит в процессе программирования. Схема имеет IDC-06 разъем, на который выведены контакты, распиновка которых соответствует типу ATMEL 6-пинового разъема ISP. На указанный разъем выводятся контакты питания микроконтроллеров, оно берется с USB-порта персонального компьютера, следовательно, необходимо быть внимательным, чтобы не допустить С помощью этого же разъема происходит программирование и управляющего контроллера, для этого необходимо соединить контакты Reset на контроллере и на разъеме (на схеме показано красным пунктиром).
Перемычка снижения скорости программатора и разъем подключения микроконтроллера расположены на торце устройства. Вот что представляет собой USB-программатор (AVR), как видите, все элементарно.
После сборки устройства необходимо прошить управляющий микроконтроллер, для этого рекомендую использовать программу PonyProg. При программировании заводим кристалл на функционирование от внешнего тактирующего источника на 12 Мгц.
Описанный в этой статье USB-программатор для AVR работает со всеми микроконтроллерами типа AVR, позволяет прошивать их, смотреть записанное содержимое устройства, стирать чипы, менять конфигурацию.
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 AVRМикроконтроллер 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
В жизни каждого юзера наступает такой момент, когда надо апгрейдить компьютерное железо. Но не все так радосто, как казалось – производители компьютеров сейчас выкидывают такие ненужные по их мнению вещи, как COM- и LPT-порты (тоже относится и к владельцам ноутбуков). И что же делать несчастному юзеру, если необходимо прошить очередной МК AVR для девайса? Выход один – делать USB-программатор (или прикупить). Сегодня мы этим и займемся… (я имею ввиду сборку). И так, наша цель – создание программатора USBasp.Однако при изготовлении данного программатора есть одна проблема – нужно прошить контроллер, используемый в данном программаторе. Так что ищем друга, у которого есть рабочий COM- или LPT-порт в компьютере и, прикупив пивка, идём к нему (уж за такой презент он не откажет). Когда делал свой USBasp, пользовался простейшим ISP программатором – программатором Громова (Громов – разработчик Algorithm Builder). Так что расскажу как сделать USBasp с помощью него. Вначале паяем программатор Громова по следующей схеме:
Вопросы типа: «А где рисунок платы?» будут оставлены без ответа, т.к. ответ в архиве. Замечу один момент: на прошиваемый контроллер необходимо подача питающего напряжения 5 вольт (+ и -), которое можно взять с компьютерного блока питания (использовал разъем от флоппика). Для этого в плате программатора AVR предусматриваем место для подключения 2-х питающих проводов. Выглядеть будет примерно так:
Основные подготовительные операции выполнены и теперь приступаем к действиям для достижения основной цели – сборка USBasp.
Про сборку и описывать особо нечего, так как тут всё ясно. Для себя исключил из схемы перемычки Jmp1 и Jmp3, Jmp2 заменил переключателем, а вместо разъема ISP типа BH-10 поставил DB-9M. Контроллер прошивал отдельно с использованием вот такой платы:
Собранный USB программатор AVR засунул в подходящий пластмассовый корпус:
А теперь расскажу, как же все таки заставить работать USBasp. Что у нас имеется в распоряжении (весь софт в архиве):
1. программатор Громова;
2. софт под названием Uniprof;
3. программатор USBasp;
4. прошивка для контроллера USBasp;
5. драйвера для установки USBasp в системе.
На собранном USBasp ставим перемычки Jmp1 (цепь RESET) и Jmp2 (+5V), подключаем к нему программатор Громова и все это дело подключаем к COM-порту компа, не забыв подать питание 5 вольт. Запускаем Uniprof, если все собрано и подключено правильно, то должнен определиться тип прошиваемого контроллера:
Нажимаем кнопку с рисунком папки и надписью HEX и указываем путь к файлу прошивки контроллера USBasp. В итоге получаем следующее:
Осталось нажать на кнопку Prog с красной стрелкой, чтобы запустить режим прошивания. Ждем окончания заливки hex-файла. А теперь самые большие грабли – прошивка fuse-битов. В чекбоксе «Тормоз» (тот что над пивной кружкой) ставим галку (особенно актуально для шустрых системников), нажимаем кнопку «Fuse» (ала серп и молот:-D) и выставляем фьюзы как указано на картинке:
После установки галок нажимаем кнопки «Write» в каждом из байтов.
Прошили? Отлично! Снимаем перемычку J1 и втыкаем программатор в компьютер. Теперь скармливаем дрова и в системе появляется новое устройство под названием USBasp. Для прошивки контроллеров качаем avrdude, но у нее есть недостаток – она консольная. Однако добрые дяди не оставили нас в беде и сделали графическую оболочку для avrdude, называется она USBASP_AVRDUDE_PROG. При прошивке fuse-битов через avrdude галка в чекбоксе напротив бита означает 0.
Вот вроде и всё. Будут вопросы по запуску программатора - справшивайте, вместе как-нибудь разберемся.
Программатор – это аппаратно-программное устройство, которое служит для считывания или записи информации в запоминающее устройство (внутреннюю микроконтроллеров). В случае если радиолюбителю нужно один раз запрограммировать микроконтроллерное устройство, можно воспользоваться обычным программатором, который подключается к COM- или LPT- порту. Например, самым простым программатором AVR является кабель из 6 и 4 резисторов (программатор PonyProg).
С помощью обычного программатора можно загружать программы в формате hex во многие микроконтроллеры AVR, не тратя лишнего времени и средств. Кроме того, программатор можно использовать как внутрисхемный, благодаря чему можно программировать микроконтроллер AVR не извлекая его из устройства.
Подключаются такие программаторы к компьютеру с помощью специальной программы (которая тоже называется программатором). Она передает с , а устройство только записывает ее в память микросхемы. Программаторы могут подключаться через последовательный или параллельный порт, через USB-разъем и т.д. Современные программаторы подключаются, как правило, через USB.
USB-программатор предназначен для программирования микропроцессорных устройств определенной компании (зависит от марки программатора) в собранном виде. С помощью него заметно упрощается процесс настройки ПО.
Как подключить USB-программатор?
Для использования устройства необходимо подключить его к одному из USB-портов компьютера. После этого на компьютере появится сообщение о подключении нового USB-устройства USBasp, а на самом программаторе загорится светодиод, который означает, что устройство успешно подключено.
Затем нужно установить драйвера, чтобы ОС могла корректно работать с данным устройством. После этого можно будет подключать микропроцессорное устройство к ISP интерфейсу. При программировании будет светиться второй светодиод.
Как правило, программатор имеет два интерфейса – один для подключения микроконтроллера, второй для подключения к компьютеру. Для того чтобы подключить микроконтроллер, можно воспользоваться режимом последовательного программирования ISP. А к компьютеру данное устройство подключается через стандартный USB-разъем.
Для управления программатором нужно устанавливать специальные программы. Лучше всего пользоваться оконными приложениями. Например, для работы с устройством можно использовать программы ExtremeBurner, Khazama, avrguge и другие.
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.