22 сентября 2011 в 20:11

Миниатюрный USB программатор для AVR микроконтроллеров

Программирование микроконтроллеров

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

Прошивка управляющего микроконтроллера

Установка драйвера

Все, теперь программатор готов к работе.

Khazama AVR Programmer

Скачать файл печатной платы в SprintLayout можно по

В инете сказано, что USBasp - один из наиболее простых для повторения AVR USB программаторов . + требует минимум внешних компонентов, имеет несколько готовых вариантов разводки печатной платы и оболочек для программирования, а также может работать под Linux и MacOS.

То что нужно! Делаем)))

Процесс изготовления

1. Нашел схемку программатора на контроллере Mega8. Требуется минимум навестных элементов

2. Модифицировал печатную плату под свой корпус. Пришлось немного попотеть, чтоб впихнуть в корпус от сплиттера в одну линейку и МК, и USB-разъем и IDC-10. Результат превзошел мои ожидания)

3. Переносим рисунок с чудо-бумаги на плату. Дорожки немного расплылись - не беда. Исправим это с помощью иголки (булавки, или еще чего острого).

4. Процесс травления уже позади. Плата промыта и просушена.

5. Стираем растворителем тонер - получаем готовые дорожки для будущего устройства

7. Получилась компактная плата, пока еще без элементов.

8. Пичкаем плату нужными элементами. Пока без светодиодов и разъем IDC-10 слишком длинный (торчит из корпуса)

9. Выпаиваем Г-образный IDC-10 разъем. Вместо оплетки для лужения (и прочих премудростей) использовал обычный многожильный провод. Получилось аккуратно и быстро)))

10. Припаиваем SMD-компоненты. Вид со стороны дорожек. Все делалось паяльником на 60Вт с жалом 5мм в диаметре. Таким нужно еще наловчиться…

11. Не все резисторы получилось перевести на SMD. Вид со стороны компонентов.
Как видно, контроллер - USB - IDC-10 плотно расположены… Кварц взял обычный, благо высота корпуса позволяет.

12. А вот и корпус, куда будет помещен программатор. Очень полезная штука)

13. Устройство благополучно внедрено в «шкурку сплиттера». Компактно вышло.

14. Размер платы по сравнению с 5 рубленными «монетками»

Программирование микроконтроллера Mega8

1. Прошиваем микроконтроллер с помощью этого программатора:
Простой LPT программатор AVR микроконтроллеров (5-ть проводков)
Заливаем файл прошивки под названием «usbasp.atmega8.2007-10-23.hex» из архива в конце статьи…

Подключаем к программатору адаптер для программирования микроконтроллеров.

Данные для самостоятельного изготовления можно взять здесь…

При подключении USB будет постоянно светиться зеленый (красный) светодиод

Установка драйвера для USBasp

1. Можно было запрограммировать и в самом USBasp программаторе, подключив к нему простой программатор согласно распиновке. Если все собрано и запрограммировано верно, то устройство при подключении к ПК определится и «попросит» установить двайвер.

2. На что ему вежливо ответим выбрав папку со скаченными и разархивированными двайверами.

3. Драйвера успешно установятся, если схема собранна верно и МК тоже прошит верно.

4. В диспетчере устройств определится программатор как: LibUSB-Win32 Device .
Радуемся, и тестируем)

Проверка работоспособности программатора

1. В качестве програмки использовал avrdude в оболочке Sinaprog1.5.5.10.
Можно использовать и приложенное к архиву оболочкуUSBASP_AVRDUDE_PROG
Для проверки доступа к Attiny13A привожу пошагово такую инструкцию. Контроллер опознан, можно заливать прошивку в Attiny13A .

Необходимые данные для повторения устройства находятся в этом архиве.

Прошивка микроконтроллера - это запись в его постоянную память заданной программы, которая представляет собой код в шеснадцатеричной системе счисления (файл с расширением hex). Прошивка происходит с помощью специального устройства - программатора. Они отличаются по способу подключения к персональному компьютеру, например через USB, LTP,COM интерфейсы.

Микроконтроллеров AVR для программирования имеют пять контактов: MOSI - предназначен для приема данных; MOSO - для вывода данных; SCK - вывод синхроимпульсов; RESET просто сброс и общий провод.

Подсоединим эти пять контактов через токоограничивающие резисторы к параллельному LPT порту компьютера и получим самый простой LPT программатор микроконтроллеров семейства AVR.

При сборке схемы нужно чтобы кабель был экранированный, особенно хорош для этих целей старый интерфейсный кабель от принтера. Если использовать обычный кабель, то его длина должна быть как можно короче, и то иногда возникают ошибки при программировании. Но главный недостаток этой схемы тот, что при не качественном монтаже или ошибки подключения можно вывести из строя LPT порт компьютера

Схема USB программатора для микроконтроллеров AVR, выполнена на микроконтроллере Atmega8. Схема очень надежная и имеет одну очень важную особенность, позволяющую восстанавливать микроконтроллеры с ошибочно установленными фьюзами.

Для прошивки микроконтроллера Atmega8 программатора необходимо использовать любую из рассмотренных схем выше для LPT.

Печатную плату можно изготовить своими руками по популярной среди радиолюбителей , а чертеж печатной платы в формате уже имеется в архиве с прошивками и драйверами.

В идеале у нас должен получится такой USB программатор

Остается лишь записать программу в память микроконтроллера, для этого лучше всего использовать утилиты Uniprof и Code Vision AVR.

Программа предназначенная для интегрированной среды разработки программного обеспечения под AVR микроконтроллеры. Основными особенностями CodeVisionAVR является то, что он легкий и очень понятный для самостоятельного изучения, а также поддерживает все существующие микроконтроллеры AVR.

Если вы решили использовать программу Uniprof необходимо задать следующие фьюзы.

По окончанию прошивки микроконтроллера Atmega8, переключаем тумблер SA2 в НОРМ, и подключаем программатор к USB . Компьютер должен найти устройство. После этого обязательно устанавливаем драйвер из архива. По завершению установки драйвера для программатора, он полностью готов к работе.

Программатор способен работать со следующими оболочками AVR Prog, AVR Studio, ChipBlasterAVR и, одна из самых удобных, Code Vision AVR.

Предлагаем Вам схему USB программатора на микроконтроллере ATmega8. Этот USB программатор Вы можете собрать своими руками за несколько минут на макетной плате Breadboard Half (BREADBOARD - 456 HOLES) размером 82х59 мм. На этой плате хватит места и для программируемых микроконтроллеров в корпусах до DIP-28.

Этим USB программатором можно программировать микроконтроллеры AVR ATmega и ATtiny (другие программировать не пробовал). Этот программатор заметит Вам плату Arduino, он более удобен для экспериментов с различными микроконтроллерами и микропрограммами для них (скетчами). USB программатор работает под управлением микропрограммы ArduinoISP.

Минимальный набор деталей для программатора

Микроконтроллер ATmega8 (ATmega8A-PU, ATmega8L-PU) 1шт
Макетая плата Breadboard Half (BREADBOARD - 456 HOLES) размером 82х59 мм 1шт
Интерфейс USB-UART (подойдет USB-DATA кабель от старого сотового телефона) 1шт

Остальные детали, которые вы увидите на схеме для работы универсального, самодельного, простого программатора не существенны.

О подключении пробников, бузер можно подключить на линию MISO и слушать как общаются между собой микроконтроллеры. Светодиод можно подключить к 15 ножке микроконтроллера ATmega8, если схема собрана правильно и в Atmega8 залит скетч ArduinoISP, светодиод будет плавно менять яркость свечения.

Прежде чем воспользоваться самодельным программатором, необходимо загрузить в микроконтроллер программатора микропрограмму ArduinoISP из примеров к программе Arduino IDE. А еще раньше, необходимо настроить микроконтроллер ATmega8 на работу на частоте 8 МГц без внешнего кварцевого резонатора.

Мы здесь, приведем последовательность действий по прошивке микроконтроллера ATmega8 с помощью платы Arduino UNO и программы Arduino IDE. Возможно, так же, воспользоваться каким нибудь другим методом.

1. Добавьте в программе Arduino в список поддерживаемых устройств микроконтроллер ATmega8 без bootloader с тактовой частотой 8МГц. Внесите изменения в файл sketchbook/hardware/boards.txt, добавив в него следующую секцию:

############################################################## a8noboot_8MHz.name=ATmega8 (no boot 8 MHz int) a8noboot_8MHz.upload.maximum_size=8192 a8noboot_8MHz.bootloader.low_fuses=0xa4 a8noboot_8MHz.bootloader.high_fuses=0xdc a8noboot_8MHz.build.mcu=atmega8 a8noboot_8MHz.build.f_cpu=8000000L a8noboot_8MHz.build.core=arduino a8noboot_8MHz.build.variant=standard ##############################################################

Уточнить размещение папки sketchbook можно в программе Arduino в меню Файл / Настройки . Если в папке sketchbook нет папки hardware, создайте ее и создайте файл boards.txt

2. Подключите микроконтроллер ATmega8 к плате Arduino UNO как описано в Программатор для ATmega8A на Arduino с ArduinoISP .

3. В программе Arduino выберите Сервис / Плата / ATmega8 (no boot 8 MHz int) и Сервис / Записать загрузчик . Далее загрузите в микроконтроллер ATmega8 программу ArduinoISP Файл / Примеры / ArduinoISP и Загрузить .

4. Соберите программатор.

Для программатора Вам понадобится интерфейс USB-UART. Вы можете воспользоваться кабелем от старого сотового телефона, как описано в этой статье Подбор USB-DATA кабеля вместо USB-UART модуля для самодельного Arduino. Что на мой взгляд, очень удобно. Но вместо этого кабеля Ваш программатор можно подключить к компьютеру с помощью платы преобразователя USB-UART.

На фотографии программируется микроконтроллер ATtiny84.