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.
Самый простой вариант программатора для AVR это пять проводков, припаиваемых к порту контроллера и втыкаемых в LPT порт. Не спорю, можно и так. Но я все же не рекомендую этот способ. Даже схему подключения давать не буду — если надо будет сам найдешь. Так как данный метод не очень стабилен, возможны сбои при прошивке , длина проводков ограничена двадцатью сантиметрами (если больше, то будет глючить), поэтому придется шариться в комповой заднице. Да и LPT порт спалить проще простого . В общем не рулез.
Шарясь по инету, я нашел отличный программатор, работающий через RS232 он же COM порт. А также удобную программу для прошивки контроллера UniProf от Николаева. Схему программатора придумал Громов, создатель Algorithm Builder.
Для сборки программатора потребуется:
- Три диода, любых из маломощных. Например 1N4148.
- Семь резисторов на 1кОм. У меня резисторы типоразмера 1206
- Если будешь делать по моей печатной плате, то можешь еще купить 3 резистора на 0 ом — перемычки, они же пофигисторы.
Печатная плата либо рисуется маркером, либо, как у меня, делается методом лазерного утюга.
Разьем DB9, что на фотке, я поставил для удобства. У меня туда подключаются разные прошивающие шнуры либо вот такой вот адаптер:
 |
Программатор запаян, контроллер к нему подключен. Пора убедиться в том, что все сделано верно.
Запускай UniProf.exe и выбирай номер СОМ порта к которому у тебя подключен программатор. Сразу же должен определиться тип контроллера и высветиться над левым окном кода.
Не получилось? Тут три варианта:
- Программатор спаян криво.
- Дохлый контроллер.
- Неправильно припаял проводки к микроконтроллеру.
Еще раз все досконально проверяешь и пробуешь снова. Должно получиться.
Дальше, если до этого ты никогда не работал с контроллерами, тебе возможно потребуется тестовая программа. Она не будет делать ничего полезного, зато позволит тебе точно быть уверенным, что все что ты сделал до этого ты сделал правильно.
Скачиваешь Atmel AVR Studio — это официальная среда для разработки программ под микроконтроллеры AVR . Студия поддерживает все микроконтроллеры семейства Atmel AVR . Найти ее последнюю версию можно на сайте Atmel.com
Далее создавай новый проект, в качестве языка программирования выбирай Assembler и укажи папку и имя где будет располагаться твой проект. В качестве отладчика бери AVR SIMULATOR и укажи с каким именно контроллером ты будешь работать. После чего забивай в текстстовое окно простейшую программу.
Вот ее примерный текст:
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 | .INCLUDE «m16def.inc» ; это подключается список макроопределений; без него компилятор не будет знать под какой; именно процессор мы собираем программу; если у тебя другой контроллер, то подставь; соответствующий инклюдник. Они находятся в; папке AVR Studio по адресу; «AVR Tools\AvrAssembler\Appnotes\» .MACRO outi LDI R16,@1 OUT @0,R16 .ENDMACRO ; задаем весьма удобный макрос, позволяющий; записать произвольное заданное число в любой; регистров за одну строку кода. .CSEG .ORG 0x0000 RJMP RESET .ORG 0x0030 ; Директива начала кода с адреса 0х0030 ; адрес взят с большим запасом, потому как; у разных AVR разных размеров таблица; прерываний. Так что уж чтобы наверняка! RESET: ; стартовая метка OUTI DDRA,0xFF OUTI DDRB,0xFF OUTI DDRC,0xFF OUTI DDRD,0xFF ; Конфигурируем направления портов на выход; Если данный контроллер не имет, например, порта; С, то эту строчку надо закомментировать. OUTI PORTA,0xAA OUTI PORTB,0xAA OUTI PORTC,0xAA OUTI PORTD,0xAA ; Выдаем на выходы 10101010, чтобы получить; четкую картину того, что на портах произошли; изменения. После выполнения программы; на выходах микроконтроллера в шахматном порядке; будут либо напряжение питания, либо земля. Что; легко проверяется либо вольтметром, либо простейшим; пробником на светодиоде. RJMP RESET ; Зацикливаем программу. |
INCLUDE «m16def.inc» ; это подключается список макроопределений; без него компилятор не будет знать под какой; именно процессор мы собираем программу; если у тебя другой контроллер, то подставь; соответствующий инклюдник. Они находятся в; папке AVR Studio по адресу; «AVR Tools\AvrAssembler\Appnotes\» .MACRO outi LDI R16,@1 OUT @0,R16 .ENDMACRO ; задаем весьма удобный макрос, позволяющий; записать произвольное заданное число в любой; регистров за одну строку кода. .CSEG .ORG 0x0000 RJMP RESET .ORG 0x0030 ; Директива начала кода с адреса 0х0030 ; адрес взят с большим запасом, потому как; у разных AVR разных размеров таблица; прерываний. Так что уж чтобы наверняка! RESET: ; стартовая метка OUTI DDRA,0xFF OUTI DDRB,0xFF OUTI DDRC,0xFF OUTI DDRD,0xFF ; Конфигурируем направления портов на выход; Если данный контроллер не имет, например, порта; С, то эту строчку надо закомментировать. OUTI PORTA,0xAA OUTI PORTB,0xAA OUTI PORTC,0xAA OUTI PORTD,0xAA ; Выдаем на выходы 10101010, чтобы получить; четкую картину того, что на портах произошли; изменения. После выполнения программы; на выходах микроконтроллера в шахматном порядке; будут либо напряжение питания, либо земля. Что; легко проверяется либо вольтметром, либо простейшим; пробником на светодиоде. RJMP RESET ; Зацикливаем программу.
Далее жми на кнопку компиляции (или F7 ) и лезь в папку своего проекта. Там тебя уже должен поджидать ****.hex файл с прошивкой.
Запускай UniProf.exe , жми на кнопочку с открытой папкой и надписью HEX . Выбирай свой свежескомпиленный проект и жми ок.
Вторым окном UniProf попросит тебя ввести данные EEPROM , у нас EEPROM не используется, поэтому нажимай отмену .
Все, теперь можно прошивать. Жми на красную стрелку с надписью Prog и жди. По окончании можешь нажать чтение и поглядеть что записалось в твой контроллер — должно показать то же самое, что и было уже загружено в окно.
Теперь тебе остается подать питание на свой микроконтроллер и посмотреть что появилось на портах. Увидел «гребенку» из высоких и низких уровней напряжения? Отлично! Ты прошил свой первый в жизни контроллер! Теперь ты можешь с головой занырнуть в изучение микроконтроллеров AVR.
Если не заработало, то вот возможные грабли и пути решения.
- Современные компьютеры, с гигагерцовыми процессорами, новомодными Вистами и Семерками очень плохо дружат с этим программатором. Мало того, что у вас может банально не обнаружиться COM порта, а если и будет так еще не факт что все заработает как надо. Рекомендую собрать себе для радиотехнических опытов из подручного хлама что то вроде PIII 800/Windows’98. Бесплатно нарыть такое чудо проблем не составит и сжечь не жалко, если что не так
- Данная схема не работает через переходники USB-COM или работает, но ОЧЕНЬ медленно. Скажем прошивка одного микроконтроллера может длиться часа полтора.
- Питание, на первый раз, лучше всего брать с блока компа . Меньше вероятность что либо сжечь или ошибиться
- Проверяте схему по 3-4 раза! Т.к., судя по комментам, большая часть проблем из-за кривого монтажа.
- Перед запуском программы в МК НУЖНО ОТКЛЮЧИТЬ ПРОГРАММАТОР и подать на вход RESET +5 вольт через резистор в 1..10кОм. С подключенным программатором ничего работать не будет, т.к. он прижимает RESET и не дает кристаллу стартовать.
- Если UniProf не определяет МК, возможно у вас слишком быстрый компьютер. Для компенсации этого «недостатка» нужно включить галочку «Тормоз» Она показывается если отключить снятием галки EEPROM панель отображения данных EEPROM.
- Если галка Тормоз не помогла, то пробуйте на другом компе. Т.к. тут СОМ порт обрабатывается в нештатном режиме, а значит не факт, что ваш СОМ порт поймет все правильно.
- На худой конец, если ничего не помогает, попробуйте программатор из 5 проводков или другую прошивающую программу, например avrdude. Провода делайте как можно короче! 10-15 сантиметров это МАКСИМУМ!
- Читайте комменты к записи . Там многие косяки уже были разобраны. Возможно и ваш окажется среди них.
Дополнение от Outsider :
1. Если сзади у компа нет разъема COM-порта, то это не на 100% означает, что такого порта нет на материнской плате в принципе. Пока еще на матерях встречаются разъемчики с 9 штырьками в два ряда — подробнее нужно смотреть документацию к материнской плате. Я на своей ASUS P5K SE нашел и успешно заюзал.
2. Да, +5 и GND это не земля и контакт из COM-порта, а именно внешнее питание. Проще всего его добыть в компе — +5 есть в красном проводе на любом из разъемов, питающих жесткие диски. А GND — на корпусе самого компа. Или на черном проводе того же разъема.
3. Если с UniProf что-то не срастается, то можно попробовать avrdude. Чтобы это сделать, нужно прописать в avrdude.conf следующее:
programmer
id = «nikolaew»;
desc = «serial port banging, reset=dtr sck=rts mosi=txd miso=cts»;
type = serbb;
reset = 4;
sck = 7;
mosi = 3;
miso = 8;
;
А затем запустить avrdude со следующими параметрами:
avrdude -n -c nikolaew -P com1 -p m16
Если все в порядке, то программа скажет:
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions
Дополнение от Riko
Эксприменатально было выяснено, что для правильной работы этого программатора напряжение питания МК должно быть не ниже 5 вольт (но не выше 5.5!!!). То есть если МК подключен к трем пальчиковым батарейкам, то вы обламываетесь, так как там 4.5 вольта! Запитывайте от компа!!!
Дополнение от SLY_DEr
Не работало. Сменил резисторы с 3к (не было на 1к) на 460ом’ные — заработало, но с ошибками.
Решил чисто ради спортивного интереса снизить скорость ком-порта в диспечере устроиств и о, чудо, все заработало как надо. Скорость порта снизил с 9600к до 4800к и плюс убавил буфер приема и передачи (там же) до значений 4 и 6 соответственно.
Если что непонятно, то не стесняйся спрашивать у меня в комментах.
З.Ы.
Если не получается ну никак, то может быть ваша материнска плата не поддерживает столь нестандартное обращение с COM портом и стоит попробовать другие программаторы? Например, или . Они хоть и сложней, но зато работают более корректно, без извратов.
Программатор из 5 проводков для микроконтроллеров AVR является самым простейшим программатором, который можно собрать на «коленке». Устройство подключается к ПК через LPT порт, что является недостатком программатора т.к. в современных материнских платах не часто можно встретить наличие порта.
Для изготовления программатора понадобятся:
1. Штекер из 25-и контактов для параллельного порта (LPT) DB-25M.
2. Резисторы любые 4 шт. номиналом 100-150 Ом для защиты порта от короткого замыкания и неправильного монтажа.
3. Шлейф или МГТФ провод. Для предотвращения ошибок от помех и наводок при чтении и записи микроконтроллера рекомендуется использовать провод длинной до 20см.
4. Термоусадочная трубка для изоляции оголенных участков проводников, которая предотвратит короткое замыкание.
Сборка программатора
На рисунке изображена схема распайки проводников и резисторов R1-R4, а так же перемычек.
Контакт №6: SCK — последовательный тактовый сигнал (англ. Serial Clock). Служит для передачи тактового сигнала для ведомого устройства.
Контакт №7: MOSI — выход ведущего, вход ведомого (англ. Master Out Slave In). Служит для передачи данных от ведущего устройства ведомому.
Контакт №9: RESET — сброс, используется для входа и нахождения в режиме последовательного программирования.
Контакт №10: MISO — вход ведущего, выход ведомого (англ. Master In Slave Out). Служит для передачи данных от ведомого устройства ведущему.
Контакт №18-25: GND — контакти земли, объединяться с контактом питания GND программируемого микроконтроллера. Можно подключить 1-н контакт на выбор не обязательно все.
Контакт №2,12; 3,11: Перемычки, для определения программатора как STK 200,300.
Видео к статье:
Для предотвращения вывода из строя параллельного порта подключать и отключать программатор следует при выключенном питании на микроконтроллере, а также не допускать замыкания контактов программатора.
Если программируемый микроконтроллер будет питаться внешним источником питания (батарейки, блок питания), то обязательно нужно соединить минус компьютера (GND 18-25 контакти LPT порта) с минусом микроконтроллера.
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.
Для начала работы с микроконтроллерами AVR, необходимо обзавестись средствами внутрисхемного программирования. На начальном этапе вполне подойдет несложный адаптер STK 200/300. В приведенной схеме присутствуют перемычки для определения наличия как адаптера STK200 (выводы 2-12 разъема X1), так и STK300 (выводы 3-11). Для изготовления адаптера потребуется разъем DB25М с пластиковым корпусом, десятижильный плоский кабель, разъем IDC-10, стеклотекстолит и детали. Принципиальная схема LPT программатора AVR показана на рисунке.
Детали устройства монтируются на односторонней печатной плате, которая изготавливается по ЛУТ технологии. После монтажа планарных элементов можно припаивать микросхему 74HC244. С помощью многожильного или одножильного монтажного провода небольшого сечения припаиваем перемычки в соответствии со схемой .
Завершив распайку всех перемычек припаиваем десятижильный плоский кабель. Далее кабель складывается поперек за корпусом микросхемы и подготавливаются проводники, которые должны быть подключены к общему проводу. Подготовка сводится к подгонке длины этих проводников таким образом что бы их можно было припаять к корпусу разъема. После чего они зачищаются, скручиваются, лудятся и припаиваются в одной точке к корпусу, что позволяет отказаться от дополнительного крепления кабеля внутри корпуса.
Не смотря на то, что длина кабеля не должна быть более полуметра, для обеспечения надежной работы адаптера, иногда использовали адаптер даже с двух метровым кабелем без всяких проблем. Надеюсь данная схема окажется полезной для тех, кто решится начать свою работу с микроконтроллерами AVR со сборки адаптера STK200/300. Схему испытал: serh7000.
