В интернете представлено множество схем программаторов микроконтроллеров. Представляю вариант внутрисхемного универсального USB программатора с возможностью отладки, которым пользуюсь я. Вы сможете собрать данный программатор своими руками.
Основой программатора является микросхема FT2232D . Представляет она собой преобразователь USB в два порта UART. Особенность заключается в том, что «верхний» канал А может работать в режимах JTAG, SPI и I 2 C, что и требуется для программирования микроконтроллеров, различных микросхем памяти и т.п.
Разработка данного USB-программатора ведется на компьютере с использованием библиотек от фирмы FTDI Chip.
Питается устройство от интерфейса USB. При правильной сборке схема не нуждается в настройке. Функционирование устройства зависит от мастерства разработчика ПО. Резисторы R8, R9, R12, R13, R14, R15, R16 являются токоограничивающими при неправильном соединении с устройством, соответственно, выводы программируемого устройства не должны соединяться с другими элементами в схеме, или иметь такие подтяжки, которые при образовании делителей напряжения не искажали бы логические уровни. Микросхема U1 используется для сохранения пользовательских настроек.
Выводы U2 (канал А):
24 - ADBUS0 – выход- в режиме JTAG TCK, в режиме SPI SK;
23 - ADBUS1 – выход- в режиме JTAG TDI, в режиме SPI DO;
22 - ADBUS2 – вход- в режиме JTAG TDO, в режиме SPI DI;
21 - ADBUS3 – выход- в режиме JTAG TMS, в режиме SPI как вспомогательный сигнал(CS);
20 - ADBUS4 – в режиме JTAG вход\выход, в режиме SPI вспомогательный выход. Этот вывод используется для подачи сигнала RESET в микроконтроллер;
15 - AСBUS0 – свободно программируемый вход\выход во всех режимах (опционно используется для подачи питания в программируемое устройство);
13 - AСBUS1 – свободно программируемый вход\выход во всех режимах.
В принципе, эти выводы многофункциональные. Их поведение определяется выбранным режимом при открытии порта.
Канал В используется для отладки программируемого устройства. Для этого нужно только иметь незадействованный порт UART в микроконтроллере. Далее дело техники. В программе микроконтроллера в нужных местах используем функцию форматированного вывода printf().
40 -BDBUS0 – выход- в режиме UART TXD;
39 -BDBUS1 – вход- в режиме UART RXD;
28 - BСBUS2 – выход- в режиме UART LED-индикатор (зажигается при передаче данных через USB);
27 - BСBUS3 – выход- в режиме UART LED-индикатор (зажигается при приеме данных через USB).
Ниже приведена печатная плата программатора
На сегодняшний день данный универсальный программатор поддерживает микроконтроллеры AVR по интерфейсам JTAG и SPI. Причем скорость прошивки Atmega64 по JTAG не более 5-и секунд, по SPI не более 8-ми секунд. Принципиально, прошивать можно любые микроконтроллеры, к которым распространяется спецификация для программатора. В настоящий момент, например, ведется разработка для поддержки микроконтроллеров NEC.
Рабочая форма поделена на две части: слева таблицы для работы с FLASH (сверху) и EEPROM (снизу), сюда можно открывать файлы или загружать прошивки из микроконтроллера, делать верификацию, править содержимое ячеек памяти; справа текстовое поле для отладки, сюда выводятся данные с канала В, также можно там вводить текст, который отправится в порт (функционально это аналог HyperTerminal). Разработка ведется на платформе Visual C# под Windows. Также есть возможность разрабатывать на других языках. Программатор может работать и под Linux.
Используемая литература:
1. А.В. Евстигнеев «Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL», М. Издательский дом «Додэка-ХХI», 2005.
2. Future Technology Devices International Ltd. “FT2232D Dual USB UART/FIFO I.C.” , Datasheet, 2006.
3. Future Technology Devices International Ltd. “Software Application Development D2XX Programmer"s Guide” , Document, 2009.
4. Future Technology Devices International Ltd. “Programmers Guide for High Speed FTCJTAG DLL” , Application note AN_110, 2009.
5. Future Technology Devices International Ltd. “Programmers Guide for High Speed FTCSPI DLL” , Application note AN_111, 2009.
6. Эндрю Троелсен «С# и платформа.NET» М.,С-П. Питер, 2007.
Скачать исходники ПО и печатную плату в формате вы можете ниже
Борисов Алексей () г.Сызрань, Самарская обл.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | Микросхема | AT93C46D-8S | 1 | В блокнот | ||
| U2 | Микросхема | FT2232D | 1 | В блокнот | ||
| VT1 | MOSFET-транзистор | BSS84 | 1 | В блокнот | ||
| С1 | Конденсатор | 0.01 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| С2, С3 | Конденсатор | 27 пФ | 2 | В блокнот | ||
| С4, С5, С7, С9, С10 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 5 | В блокнот | ||
| С6 | Конденсатор | 0.033 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| С8 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 2.2 кОм | 1 | 0.05Вт | В блокнот | |
| R2 | Резистор | 10 кОм | 1 | 0.05Вт | В блокнот | |
| R3, R4 | Резистор | 27 Ом | 2 | 0.05Вт | В блокнот | |
| R5 | Резистор | 470 Ом | 1 | 0.05Вт | В блокнот | |
| R6, R7 | Резистор | 1.5 кОм | 2 | 0.05Вт | В блокнот | |
| R8-R16 | Резистор |
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.
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
Программатор USBASP — устройство, распиновка, подключение, прошивка
Сегодня мы рассмотрим как, без особых затрат и быстро, запрограммировать любой микроконтроллер AVR поддерживающий режим последовательного программирования (интерфейс ISP) через USB-порт компьютера. В качестве программатора мы будем использовать очень простой и популярный программатор USBASP , а в качестве программы — AVRdude_Prog V3.3 , которая предназначена для программирования МК AVR.
Программатор USBASP
Для того, чтобы запрограммировать микроконтроллер необходимо иметь две вещи:
— программатор
— соответствующее программное обеспечение для записи данных в МК
Одним из наиболее простых, популярных и миниатюрных программаторов для AVR является USBASP программатор
, созданный немцем Томасом Фишлем.
Имеется много разных схемотехнических решений этого программатора, программатор можно собрать самому или купить (стоимость — 2-3 доллара). При самостоятельной сборке следует учитывать, что собранный программатор необходимо будет прошить сторонним программатором.
Мы рассмотрим наиболее «навороченную» версию программатора:
Характеристики программатора:
— работает с различными операционными системами — Linux, Mac OC, Windows (для операционной системы Windows, для работы программатора, необходимо установить драйвера — архив в конце статьи)
— скорость программирования до (скорость программирования можно устанавливать самому, к примеру в AVRDUDE_PROG) 375 (5) кб/сек
— имеет 10-контактный интерфейс ISP (соответствует стандарту ICSP с 10-контактной распиновкой)
— поддерживает два напряжения питания программатора — 5В и 3,3В (не все USB порты ПК работают при 5 Вольтах)
— питается от порта USB компьютера, имеет встроенную защиту по току (самовосстанавливающийся предохранитель на 500 мА)
Назначение джамперов:
— разъем JP1
— предназначен для перепрошивки микроконтроллера программатора (для перепрошивки — необходимо замкнуть контакты)
— разъем JP2
— напряжение питания программатора — 5 Вольт или 3,3 Вольта (по умолчанию — 5 Вольт, как на фотографии). Программируемый микроконтроллер, или конструкцию, в которой он установлен, при токе потребления 300-400 мА можно запитать с программатора, для этого на разъеме есть выход +5В (VCC).
— разъем JP3
— определяет частоту тактирования данных SCK: разомкнутый — высокая частота (375 кГц), замкнутый — низкая частота (8 кГц)
Подробнее о разъеме JP3
Джампер JP3 предназначен для уменьшения скорости записи данных в микроконтроллер. Если у микроконтроллера установлена частота тактирования более 1,5 мГц — джампер может быть разомкнут, при этом скорость программирования высокая. Если тактовая частота менее 1,5 мГц — необходимо закоротить выводы джампера — снизить скорость программирования, иначе запрограммировать микроконтроллер не получится. К примеру, если мы будем программировать микроконтроллер ATmega8 (в принципе, практически все МК AVR настроены на тактовую частоту 1 мГц по умолчанию), у которого частота тактирования по умолчанию 1 мГц, необходимо будет замкнуть выводы джампера (как на фотографии). Лучше, наверное, держать этот джампер постоянно замкнутым, чтобы, забыв о его существовании, не мучиться вопросом — почему микроконтроллер не прошивается.
Если вы будете пользоваться , выложенной на сайте, то о перемычке можно забыть
Программатор поддерживается следующим программным обеспечением:
— AVRdude
— AVRdude_Prog
— Bascom-AVR
— Khazama AVR Prog
— eXtreme Burner AVR
Работать с таким программатором очень просто — соединить соответствующие выводы программатора с микроконтроллером, подключить к USB-порту компьютера — программатор готов к работе.
Распиновка 10-контактного кабеля программатора USBASP
:
1 — MOSI — выход данных для последовательного программирования
2 — VCC — выход +5 (+3,3) Вольт для питания программируемого микроконтроллера или программируемой платы от порта USB компьютера (максимальный ток 200 мА — чтобы не сжечь порт USB)
3 — NC — не используется
4 — GND — общий провод (минус питания)
5 — RST — подключается к выводу RESET микроконтроллера
6 — GND
7 — SCK — выход тактирования данных
8 — GND
9 — MISO — вход данных для последовательного программирования
10 — GND
Установка драйверов для программатора USBASP
Установка драйвера для программатора USBASB очень проста:
— подсоедините программатор к USB порту компьютера, при этом в диспетчере устройств появится новое устройство «USBasp» с желтым треугольником и восклицательным знаком внутри, что означает — не установлены драйвера
— скачайте и разархивируйте файл «USBasp-win-driver-x86-x64-ia64-v3.0.7»
— запустите файл «InstallDriver» — будут автоматически установлены драйвера для программатора
— проверьте диспетчер устройств — желтый треугольник должен исчезнуть (если нет, щелкните правой кнопкой по устройству «USBasp» и выберите пункт «Обновить»
— программатор готов к работе
FUSE-биты при программировании USBASP AVR:
Архив «usbasp.2011-05-28» содержит папки:
= BIN:
— win-driver — драйвера для программатора
— firmware — прошивка для микроконтроллеров Mega8, Mega88, Mega48
= circuit — схема простого программатора в PDF и Cadsoft Eagle
При перепрошивке китайского программатора рекомендую установить FUSE-бит CKOPT. CKOPT взаимосвязан с предельной тактовой частотой. По умолчанию CKOPT сброшен и стабильная работа микроконтроллера программатора при применение кварцевого резонатора возможна только до частоты 8 МГц (а МК программатора работает на частоте 12 МГц). Установка FUSE-бита CKOPT увеличивает максимальную частоту до 16 МГц. Китайцы не трогают этот FUSE-бит, что довольно часто приводит к отказу программатора (обычно система не определяет программатор).
Архив «USBasp-win-driver-x86-x64-ia64-v3.0.7» предназначен для установки драйверов, как указано в статье
(518,9 KiB, 13 188 hits)
(10,9 MiB, 24 941 hits)
Описанный в статье USBASP программатор, прошитый последней версией программы, проверенный в работе, с установленными джамперами и перемычками, вы можете приобрести в интернет-магазине «МирМК-SHOP»
Программатор выполнен на основе драйвера от Objective Development и полностью совместим по командам с оригинальным программатором AVR910 от ATMEL. Описание устройства. Предохранитель защищает линий питания порта USB от случайного замыкания по цепям питания программатора. Диоды VD1, VD2 впрямительные кремниевые, они предназначены для понижения питания микроконтроллера до 3,6 В. Согласно документации, контроллер может работать при таком напряжении питания до частоты чуть более 14 МГц. Светодиоды VL1 ("RD ”), VL2 ("WR ”) сигнализируют о текущих действиях программатора и обозначают режимы чтения и записи. Светодиод VL3 ("PWR ”) показывает подачу питания на .
Джампер J1 - (MODify ) служит для начального программирования управляющего МК программатора. При его замыкании, к разъему ISP подключается внешний программатор и производится загрузка в МК управляющей программы. После программирования управляющего МК программатора этот джампер необходимо разомкнуть и замкнуть джампер J2 - NORMal.
Джампер J3 LOW SCK понижает тактовую частоту порта SPI МК программатора до ~20 кГц. При разомкнутом джампере частота SPI нормальная, при замкнутом - пониженная. Переключать джампер можно на ходу, так как управляющая программа МК программатора проверяет состояние линии PB0 при каждом обращении к порту SPI. Не рекомендуется переключать джампер при запущенном процессе записи/чтения программируемого МК, т.к., скорее всего, это приведет к искажению записываемых/читаемых данных. Джампер J3 введен для возможности программирования МК AVR, тактируемых от внутреннего генератора 128 кГц.
Резисторы R10 - R14 предназначены для согласования уровней сигналов микроконтроллера программатора и внешних цепей (программируемый МК или другой программатор). Тактовая частота порта SPI МК программатора при разомкнутом джампере J3 равна 187,5 кГц. Это позволяет программировать контроллеры с тактовой частотой примерно от 570 кГц для ATtiny/ATmega, 750 кГц для 90S и 7,5 МГц для 89S. Контроллеры программируются от 10 до 30 секунд (при использовании утилиты AVRProg v.1.4 из пакета AVR Studio) вместе с верификацией в зависимости от объема FLASH памяти и тактовой частоты.
На вывод LED разъема ISP выведен меандр с частотой 1 МГц для "оживления" МК, у которых были ошибочно запрограммированы фьюз-биты, отвечающие за тактирование. Сигнал генерируется постоянно и не зависит от режима работы программатора. Программатор тестировался с программами AVRProg v.1.4 (входит в пакет AVRStudio), ChipBlasterAVR v.1.07 Evaluation, CodeVisionAVR, AVROSP (ATMEL AVR Open Source Programmer). 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").
Инструкция по установке и работе. Прошить контроллер. Подключить свежеиспеченный программатор к компьютеру через 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.
На форуме находятся все файлы, а также печатная плата для нашего программатора avr. Здесь покажу технологию сборки USB программатора AVR и упаковки в корпус. Для начала скачиваем архив и делаем печатную плату.
Потом впаиваем на неё все детали. Не смог найти маленький кварц, поэтому впаял большой, но на длинных ножках, чтобы потом загнуть, чтоб не мешал при установки платы в корпус. Далее подбираем подходящий корпус, у меня был готовый.
Подгоняем плату под корпус, делаем все замеры, сверлим отверстия и вот вам готовый прибор, с универсальной платой.
Если нет специальной измерительной аппаратуры, можно произвести проверку при помощи светодиода. Светодиод подключается анодом к контакту LED, катодом к любому контакту GND ISP-разъема. При подаче питания светодиод должен светится в «полнакала». При замыкании пинцетом ножек кварцевого генератора светодиод должен либо засветится в «полный накал», либо свечение должно отсутствовать.
Без ощибок собранный программатор с правильно запрограммированным микроконтроллером в настройке не нуждается. Но если у программируемого МК вход RESET подтянут к напряжению питания резистором, то номинал резистора не должен быть ниже 10 кОм - это связанно с пониженным напряжением питания управляющего контроллера в схеме программатора и введением ограничительных резисторов на шине ISP-разъема.
Обсудить статью ПРОГРАММАТОР AVR USB
