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

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.

Опубліковано 23.02.2011

Неболшой обзор используемых на практике программаторов для микроконтроллеров AVR. AVR ISP Prorgammer и USB программатор AVR / 89S совместимый с AVR910 .

AVR ISP Prorgammer

Внутрисхемный программатор для программирования микроконтроллеров фирмы ATMEL®, как в условиях серийного производства, так и в процессе разработки и отладки изделий.

Программатор поддерживает следующие семейства кристаллов:

TinyAVR

ATtiny11L, ATtiny11, ATtiny12V, ATtiny12L, ATtiny13, ATtiny15L, ATtiny2313, ATtiny26L, ATtiny26, ATtiny28V, ATtiny28L

AT90S1200, AT90S2313, AT90LS2323, AT90S2323, AT90LS2343, AT90S2343, AT90LS4433, AT90S4433, AT90LS8515, AT90S8515, AT90LS8535, AT90S8535

MegaAVR

ATmega48, ATmega88, ATmega168, ATmega8, ATmega16, ATmega32, ATmega64, ATmega640, ATmega128, ATmega1280, ATmega1281, AT90CAN128, ATmega103, ATmega161, ATmega162, ATmega163L, ATmega169, ATmega8515, ATmega8535, ATmega2560, ATmega2561, ATmega325, ATmega3250, ATmega645, ATmega6450, ATmega329, ATmega3290, ATmega649, ATmega6490

Отличительные особенности :

– внутрисхемное программирование (не требуются дополнительные переходные панели, при этом выводы программирования используются в проекте)

– поддержка программатора популярными компиляторами AVRstudio, IAR AVR, Image Craft AVR.

– автоматическая верификация (100% гарантия соответствия зашитого кода исходному)

– высокая скорость программирования, возможность прошивки серийного номера кристалла

я долгое время удачно пользовался и продолжаю пользоваться этим надежным и простым программатором, работающим через LPT порт.

Схема этого простого, но надежного программатора:

Двусторонняя плата помещается в разъем:

Мне понадобился второй программатор, а описанный ниже USB программатор не мог шить нужный мне микроконтроллер. Поэтому я решил повторить этот LPT программатор.

Компьютерные тенденции таковы, что LPT порт скоро исчезнет. Поэтому пора присмотреть альтернативу.

Программатор микроконтроллеров AVR / 89S совместимый с AVR910 (USB программатор)

Посетив несколько магазинов, понял, что цену на программаторы лупят не скромные, поэтому принял решение заморочиться и сделать программатор сам.
Пробороздив просторы Интернета, нашел несколько реализаций совместимые по командам с оригинальным программатором AVR910 ATMEL.

Минус такой переделки – отсутствие предохранителя. Хотя, как показала практика, USB порт кротким замыканием спалить вряд ли удастся. По крайней мере, на моём компьютере не вышло, но экспериментировать не стоит.
Светодиод VL3 сигнализирует о подачи питания на программатор через порт USB. Светодиоды VL1, VL2 сигнализируют о чтении / записи программатора.
Джампер J1 – (MODify) служит для программирования микроконтроллера в новом программаторе. При его замыкании, к разъему ISP подключается внешний программатор и производится загрузка в МК программы.
После этот джампер необходимо разомкнуть и замкнуть джампер J2 – NORMal. Больше мы его не трогаем.
С помощью джампера J3 LOW SCK возможно понижать тактовую частоту порта SPI МК программатора до ~20 кГц. При разомкнутом джампере частота SPI нормальная, при замкнутом – пониженная.
Примечательная особенность, на вывод LED разъема ISP выведен меандр с частотой 1 МГц для “оживления” МК, у которых были ошибочно запрограммированы фьюз-биты, отвечающие за тактирование. ОЧЕНЬ полезная штука!

Прошивка FUSE BITS
Для нормального функционирования контроллера в схеме необходимо, чтобы были запрограммированы (установлены в “0”) биты SPIEN, CKOPT, SUT0 и BODEN. Обычно микроконтроллеры, идущие с завода, т.е. новые, имеют уже запрограммированный бит SPIEN. Остальные биты должны быть незапрограммированные (установлены в “1”).

Инсталляция
Windows 2000/XP/Vista/Seven 32-bit

Прошить контроллер. Подключить свежеиспеченный программатор к РС через свободный разъем USB. Операционная система найдет новое устройство – AVR910 USB Programmer, при предложении автоматически найти драйвер, отказаться, и указать путь к inf-файлу, в зависимости от установленной на вашем компьютере операционной системы.
В архиве с прошивкой имеется папка “AVR910.Driver ” в которой расположены три директории для разных вариантов операционных систем:
-“2k_xp_32 ” – для операционных систем Windows 2000/XP 32-bit (используется штатный драйвер usbser.sys)
-“vista_xp_32 ” – Для операционных систем Windows XP/Vista/Seven 32-bit (usbser.sys + lowbulk.sys от Osamu Tamura)
-“vista_xp_64 ” – Для операционных систем Windows XP/Vista/Seven 64-bit (usbser.sys + lowbulk.sys от Osamu Tamura)

Особенности установки:

В принципе, инсталляция не отличается от подобной для Windows XP, но есть одно НО – задержки в драйвере usbser.sys данной ОС портят цепочку команд от ПО на РС до программатора и, соответственно, цепь ответов обратно от программатора до ПО на РС… Проблему я пока не установил, но есть решение. Конечно не самое красивое, но работает надежно 🙂 Необходимо заменить файл usbser.sys в системных папках Windows 2000 на аналогичный от Windows XP. Это папки …\winnt\system32\drivers\ и …\winnt\system32\dllcashe\. Файл usbser.sys от Windows XP SP1 можно взять здесь. Естественно, что драйвер придется подменять загрузившись под другой ОС (например с загрузочного диска).

Чтобы использовать драйвера на 64 битной платформе, Вы должны отключить проверку цифровых подписей драйверов, нажимая функциональную клавишу F8 во время начала загрузки системы.
Второй вариант, использование программы “Driver Signature Enforcement Overrider “, которая подписывает драйвер как “testdriver” и активизирует “testmode”, таким образом, Вы можете загрузить драйвер без реальной цифровой подписи. Вы можете найти более детальное описание на странице программы, пройдя по ссылке выше.

Вот что получилось у меня:

Программатор использую с программами AVRProg v.1.4 из пакета AVRStudio. На Windows XP Работают безотказно.

Программатор устанавливается как виртуальный Com-порт. Единственно, что нужно учесть, AVRProg проверяет порты от 1 до 4. Придется в диспетчере устройств передвинуть на порт до COM4, либо в настройках AVRStudio указать по какой порт искать программатор.

Схему, плату, прошивку и драйвера можно скачать .

P.S. Когда мне нужно было прошить PWM контроллеры (AT90PWM3) то пришлось это делать с помощью старого доброго AVR ISP Prorgammer (через LPT порт), AVRProg v.1.4 не знает AT90PWM3. Не определенная ситуация складывается и с ATmega64. Поэтому, основным рабочим программатором у меня остается ЛПТешный AVR ISP Prorgammer.

P.S.P.S. Не так давно знакомый купил этот USBasp программатор

Драйвера и ПО для него смотри здесь: http://www.fischl.de/usbasp/
Работает, при этом обрадовало отсутствие багов, замеченных у AVR / 89S совместимого с AVR910 (USB) программатора.

В статье описано ПО для работы с этими и другими программаторами.

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 . 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 .

Обсудить статью USB ПРОГРАММАТОР

Еще одним несложным, в плане изготовления, является COM программатор. При условии использования альтернативного режима COM порта Bitbang, отпадает необходимость в преобразовании интерфейса RS232 COM порта в SPI, необходимый для программирования. Остается только привести уровни сигналов COM порта (-12В, +12В) к необходимым (0, +5В). Это и делает
схема COM программатора для AVR микроконтроллеров:

Данная схема программатора достаточно распространена и известна как программатор Громова. Название пошло от автора программы Геннадия Громова, который и предложил такую схему.

Чтобы собрать программатор Громова нам нужно следующее:

Диоды КД522, КД510, 1N4148 или им подобные. Резисторы можно использовать любые, какие найдете. В качестве шлейфа можно использовать IDE шлейф. При подключении шлейфа, для более устойчивой работы программатора, каждый «сигнальный» провод должен чередоваться с «земляным» проводом. Это позволит уменьшить уровень помех наводимых в линиях и за счет этого увеличить длину программирующего провода. Длина шлейфа должна быть в пределах 50 см. Еще нужен разъем для подключения к программируемому устройству.
Для внутрисхемного программирования Atmel рекомендует стандартные разъемы:

Если Вы планируете серьезно заняться микроконтроллерами, сделайте разъемы стандартными. Для разового программирования устройства я рекомендую использовать на программаторе (такими разъемами к материнской плате подключаются кнопки и светодиоды корпуса компа — именно их я и взял) и штырьки PLS «папы» на плате. Это позволяет максимально упростить разводку платы устройства, так как штырьки для программатора устанавливаются в непосредственной близости возле ножек микроконтроллера. Ножки MOSI, MISO, SCK у микроконтроллеров AVR всегда расположены вместе, поэтому для них можно применить строенный разъем. Отдельно делаем подключение для «земли»-GND и «сброса»-Reset.

Собрать COM программатор не составит труда:

Я сознательно не даю печатной платы под этот программатор, так как схема проста и возня с разводкой и травлением платы просто себя не оправдывает.

Для того чтобы наш COM программатор заработал нужна , к которой мы подключим программатор и для микроконтроллера.

— Так как режим Bitbang нестандартный для COM порта компьютера, то возможны сбои в работе (хотя у меня такого не было). Особенно это касается ноутбуков. Как вариант решения этой проблемы можно рекомендовать «поиграться» настройками COM порта (скорость, биты данных, варианты управления потоком, величины буфера …).
— Отдельный разъем для «земли» желательно подключить первым, чтобы уравнять потенциалы «земли» программируемого устройства и компьютера. Для тех, кто не знает, если у Вас компьютер включен в обычную розетку, без заземляющего контакта, то в виду особенности фильтра блока питания компьютера, на корпусе компьютера всегда присутствует потенциал в 110В.

Заключение:

— COM программатор Громова простой и надежный. Я не перестал пользоваться им даже собрав USB программатор (если какой либо микроконтроллер перестает программироваться USB программатором я обязательно перепроверю его на программаторе Громова).
— Так как программатор Громова собран на пассивных элементах он не требует для себя питания. Мало того, из-за паразитного питания, микроконтроллер можно запрограммировать вообще не подключая к нему источника питания! Хотя так программировать я не рекомендую, но сам факт интересен.
— Для пользователей Algorithm Builder есть приятный бонус! Этот программатор можно использовать для внутрисхемной отладки кристалла (программный JTAG).