USB  ПРОГРАММАТОР  

ДЛЯ ВНУТРИСХЕМНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ  

МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ  AVR

(по мотивам проекта  AvrUsb500 by Petka)

 

            1) Описание программатора

            2) Программирование МК через LPT порт

            3) Программирование МК через USB-COM преобразователь

            4) Файлы к статье

 

            Описание программатора

 

            Чем дальше, тем меньше остаётся на корпусах компьютеров проверенных, изученных вдоль и попе­рёк портов LPT, COM. Хотя ещё можно приобрести компьютер (пусть и б/у) с такими портами для использования его в качестве "рабочей лошадки", всё же приходится задумываться о грядущей за­мене (мо­дернизации) аппаратуры навешанной на старые порты. В частности, что-то нужно делать с ин­стру­ментами для программирования микроконтроллеров. И лучшие люди Отечества (в данном случае, Petka) не дремлют. В результате появился работоспособный программатор для внутрисхемного програм­мирова­ния микроконтроллеров AVR, совместимый с STK500v2.

 

            Достоинства данной конструкции:

-  аппаратный преобразователь USB - COM (не надо извращаться с программной реализа­цией USB);

-  новый протокол от Atmel. Теперь не требуется перешивать программатор при появлении но­вых чипов;

-  решена проблема "курицы и яйца" (как / чем запрограммировать микроконтроллер про­грам­матора);

-  возможность изменения режимов работы программатора, при помощи любой терми­наль­ной программы, например HyperTerminal;

-  возможность тактирования программируемого микроконтроллера сигналом 1 МГц;

-  готовый пакет документации, со всеми необходимыми исходниками (схемы, прошивки, чер­тежи печатных плат, исходные тексты программы микроконтроллера).

           

            К недостаткам проекта в целом, можно отнести некоторую "размытость" полезной информации по 50-ти страницам форума, что приводит к определённым трудностям при повторении конструкции.

 

            Нужно отметить, что если под рукой ничего, кроме USB порта нет, то выход только один - соби­рать программатор AvrUsb500 by Petka "как есть". Однако в ряде частных случаев конструкцию можно упростить:

-  уже имеются проверенные инструментальные средства для программирования микро­кон­трол­леров. В этом случае гораздо проще прошить МК программатора отдельно. Если размеры будущего программатора большой роли не играют и допустимо использовать МК в корпусе DIP, то этот вариант однозначно предпочтительнее;

-  есть преобразователь интерфейса USB - RS232 промышленного изготовления. Было бы разумно использовать его в качестве составляющей. Тогда, правда, придётся сделать питание программатора от программируемого устройства, а не от порта USB, однако, по мнению автора статьи, такой вариант надёжнее.

 

            В результате схема программатора AvrUsb500 by Petka приведена к следующему виду:

 

Принципиальная схема внутрисхемного USB программатора микроконтроллеров AVR

 

            Вся документация по программатору находится в архиве "Stk500" (см. файлы к статье). Содержи­мое ар­хива:

 

Atmega8_14745600.hex

прошивка для микроконтроллера программатора (ATmega8), при частоте кварцевого резонатора 14,7456 МГц (из архива AvrUSB500_by_Petka_HEX_SRC_v6_uni)

 

Терминал STK500.ht

файл программы HyperTerminal необходимый для первона­чаль­ных настроек программатора

 

1. Схема.pdf

принципиальная схема программатора

 

2. Нижняя сторона ПП (ЛУТ).pdf

8 копий рисунка печатной платы для ла­зерно-утюж­ной тех­нологии изготовления ПП

 

3. Сборочный чертёж.pdf

расположение компонентов на печатной плате + рису­нок пе­чат­ной платы со стороны деталей (вид "сквозь плату") + рисунок со стороны дорожек

 

4. Фьюзы.pdf

файл с указанием фьюзов, которые необходимо выставить при про­шивке мик­роконтроллера программатора

 

5. Исходник (Схема).pdf

исходная схема программатора (проект AvrUsb500 by Petka)

 

6. Исходник (Перечень).pdf

перечень элементов (проект AvrUsb500 by Petka)

 

 

            Позиционные обозначения элементов на схемах совпадают. Вновь введённые элементы обозна­чены символом (') у названия элемента.

 

            Детали и конструкция

 

            По условиям задачи на плате программатора должны быть установлены два разъема DB-9 и микро­контроллер ATmega8 в корпусе DIP. Отсюда ясно, что особенно бороться за миниатюризацию бес­смысленно. Поэтому из SMD компонентов - только конденсаторы C8, C9 типоразмера 0805.

 

            Программатор собран на пластине одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Размеры пластины указаны на сборочном чертеже. На плате имеются две перемычки: одна находится под разъё­мом SPI (на рисунке слева), другая рядом с тем же разъёмом.

 

            Для удобства трассировки на печатной плате отсутствуют выводы 11, 12, 17, 18 микроконтрол­лера. Перед монтажом панельки МК необходимо вынуть из неё пинцетом указанные контакты.

 

            На рисунке показан внешний вид программатора, подключённый к преобразователю интерфейса Prolific USB-to-Serial Comm Port (драйвер PL-2303):        

 

Внешний вид USB программатора микроконтроллеров AVR

 

            Распиновка и тип разъёма SPI обусловлен задачами автора статьи и совместимостью с другими имеющимися программаторами.

 

            При сборке данного программатора под рукой не оказалось резонатора на требуемую частоту 14,7456 МГц. Взамен установлен резонатор со старой материнской платы на частоту 14,3181 МГц. Сбоев в работе программатора не наблюдалось.

 

            Подготовка к работе

 

            После монтажа программатора необходимо запрограммировать микроконтроллер. При этом должны быть запрограммированы (т.е. установлены = "0") следующие фьюзы (ATmega8, 14.7456 МГц):

 

SUT1

= 0

BOOTSZ1

= 0

BOOTSZ0

= 0

CKOPT

= 0

SPIEN

= 0

 

            Все остальные фьюзы должны быть незапрограммированные, т.е. установлены = "1". Как пра­вило, установка флажка напротив названия фьюза в программе программатора, соответствует програм­мированию соответствующего фьюза, однако бывают исключения.

 

            Способы программирования МК с использованием LPT порта и USB-COM преобразователя даны в конце статьи.

 

            После установки запрограммированного МК в программатор подключаем преобразователь USB-COM к компьютеру. В диспетчере устройств операционной системы узнаём номер появивше­гося виртуального порта. Запускаем программу HyperTerminal. Запуск либо из главного меню Пуск \ Программы \ Стандартные \ Связь \ HyperTerminal  (C:\ ProgramFiles \ Windows NT \ hypertrm.exe), либо через файл в архиве с документацией. Основные настройки программы, кроме номера порта, сле­дующие:

                        - параметры порта:

 

Настройки программы HyperTerminal

 

                        - параметры терминала:

 

Настройки программы HyperTerminal

 

                        - параметры ASCII:

 

Настройки программы HyperTerminal

 

            После выполнения настроек включаем питание программатора. При этом светодиод должен бы­стро миг­нуть шесть раз, затем светиться постоянно (горизонтальный масштаб 100 мс/дел):

 

 

            Далее в программе HyperTerminal два раза нажимаем "Enter" на клавиатуре. Должно поя­виться сообщение:

 

 

            Если сообщение не появляется, нужно проверить осциллографом прохождение сиг­нала по линии PC_TxD от преобразователя USB-COM к микроконтроллеру. Периодически нажимая клавишу "Enter" на клавиатуре проверяем наличие и амплитуду сигнала. Верхняя эпюра соответствует сигналу на контакте 3 разъёма RS-232, нижняя - на выводе 2 микроконтроллера. Вертикальный масштаб: 5 В/дел, горизон­тальный масштаб: 20 мкс/дел:

 

 

            Если данные к микроконтроллеру поступают, проверяем "ответ" микроконтроллера на получен­ную команду. На верхней эпюре показан сигнал на выводе 3 микроконтроллера после нажатия "Enter", на нижней - сигнал на контакте 2 разъёма RS-232. Вертикальный масштаб: 2 В/дел, горизонтальный мас­штаб: 20 мкс/дел:

 

 

            Амплитуды всех сигналов за исключением контакта 3 разъёма RS-232 должны быть близки к напря­жению питания программатора.

 

            Итак, если сообщение есть, вводим цифру "2", нажимаем "Enter". После этого появляется новая строка:

 

 

            Переключаем раскладку на английскую и вводим букву "a", что соответствует десятичной цифре "10". То, что сейчас было введено - версия программатора. Должна быть 2.10, иначе данный програм­матор нельзя будет использовать с некоторыми управляющими программами "верхнего уровня".

 

            Программатор может определять подключение к программируемому контроллеру. Реали­зо­вано это путём проверки "подтяжки" линии Reset к Vcc (со стороны программируе­мого мик­роконтроллера). Если подключение есть, то программатор включит светодиод HL1. Этот тест можно от­ключить или включить:

 

 

            "1", "Enter" - тест включён; "0", "Enter" - тест выключен.

 

            Сигнал 1 МГц включается / выключается в следующем "пункте меню":

 

           

            "1", "Enter" - сигнал присутствует, скорость программирования небольшая; "0", "Enter" - сигнал вы­ключен, при этом скорость программирования максимальна.

 

            Конфигурирование программа­тора завершено:

 

 

            Закрываем программу HyperTerminal. После этого пробуем запрограммировать какой-либо мик­роконтроллер. Для работы с программатором можно использовать программу AVRDude (см. файлы к статье). Эта программа консольная, управляется из командной строки. Для упрощения использования имеется надстройка AVRDudeGui, внешний вид которой показан на рисунке:  

 

Внешний вид программы AvrDUDE (надстройка AvrdudeGUI)

 

            Скорость работы программатора можно косвенно оценить по следующему: при от­ключенном сигнале 1 МГц программирование микроконтроллера ATmega16 занимает 4 секунды (размер прошивки 8 кБ, т.е. половина всей памяти данного МК).

 

            Программирование микроконтроллера через LPT порт

 

            Самый простой способ разово запрограммировать МК - воспользоваться компьютером с LPT пор­том и какой-либо программой-программатором. Микроконтроллер нужно подключить компьютеру в соответствии со схемой:

 

Программирование микроконтроллера ATmega8

 

            Питание микроконтроллера можно взять от блока питания компьютера (красный провод в любом разъёме). Для программирования воспользуемся простой бесплатной программой UniProF (см. файлы к статье). В архиве с программой есть справка. Как любую техническую документацию её настоя­тельно рекомендуется прочитать, чтобы не задавать бестолковых вопросов.

 

            Основные сведения, необходимые для работы:

                        - при запуске программа автоматически определяет тип микроконтроллера, если, конечно, исправна и работает аппаратная часть. Загрузив в программу файл прошивки Atmega8_14745600.hex и отказавшись от загрузки файла EEPROM, получим следующую картину:

 

 

            Предварительно очистив память микроконтроллера через кнопку "Erase", жмём на кнопку "Prog" - запись выбранного файла программы в память микроконтроллера. Успешная запись программы завер­шается без сообщений;

                        - нажав кнопку "FUSE", попадаем в окно настойки, где необходимо выста­вить требуемые для данной прошивки фьюзы:

 

 

            Как видно из рисунка, эта программа из ряда "исключений", т.е. запрограммированному фьюзу соот­ветствует снятый флажок. Для записи фьюзов нажимаем подряд три кнопки "Write". Всё, кон­троллер запрограм­миро­ван;

                        - назначение сигналов SCK, MOSI, MISO, RESET на LPT порт задаётся через кнопку "LPT pins". Настройки должны соответствовать приведённой схеме соединения LPT и МК:

 

           

            Этим окном следует воспользоваться при первом запуске программы, до подключения МК, а также в случае, когда нужные выводы порта сожжены и не действуют.

 

            Программирование микроконтроллера через USB-COM преобразователь

 

            МК можно запрограммировать при отсутствии портов LPT и COМ с помощью преобразователя интерфейса и управляющей программы. Особенности способа:

                        - очень низкая скорость записи-чтения, около 4 байт в секунду;

                        - неудачная схема адаптера и логика работы управляющей программы приведут к ошибкам записи-чтения даже на таких мизерных скоростях.

 

            Наилучшие результаты показал следующий вариант адаптера:

 

Принципиальная схема адаптера к USB-COM преобразователю для программирования микроконтроллера ATmega8

 

            Диоды VD1...VD3 можно использовать любые с малым временем восстановления.

 

            Предельная простота схемы позволяет обойтись без печатной платы. Для разового исполь­зова­ния достаточно навесного монтажа. Автор смонтировал все элементы между двух разъёмов DB-9:

 

 

            После сборки желательно проверить осциллографом амплитуду сигналов во время чтения. При первом включении микроконтроллер лучше вынуть из панельки.

 

            Проверка выполняется совместно с программой AVRDude (см. ниже). Периодически нажимая любую кнопку чтения фьюзов "Read", наблюдаем за следующими сигналами:          

                        - SCK - строго периодический, после нажатия кнопки действует около 10 секунд;

                        - MOSI - непериодический, после нажатия кнопки действует около 10 секунд;

                        - RESET - единичное кратковременное изменение уровня после нажатия "Read";               

 

            Сигнал SCK должен быть близок к меандру с частотой 100...150 Гц и амплитудой 3,5...4,5 В. Сигналы MOSI и RESET имеют аналогичную амплитуду. Если уровень всех сигналов отличается от указанного, следует подкорректировать значения резисторов R5...R7.

 

            Нелишним будет проверить и напряжение питания на указанных в схеме выводах МК.

 

            Если всё в порядке, нужно вставить микроконтроллер и проверить сигнал MISO на выводе 8 USB-COM преобразователя, естественно, после нажатия кнопки "Read". Далее пробуем записать в МК какую-либо программу.

 

            Поскольку скорость записи крайне мала, то для экономии времени следует проверять адаптер на небольших файлах прошивок с обязательной верификацией записанной программы. После успешного тестирования верификацию можно запретить.

 

            Совместно с адаптером используется программа AVRDude с графической надстройкой AVRDudeGui:

 

 

            Основные замечания:

                        - в списке программаторов отсутствует требуемый - "ponyser". Поэтому название придётся на­брать вручную, после запуска программы Avrdudegui.exe;

                        - первичную проверку работоспособности адаптера и МК следует выполнять путём чтения фьюзов, через нажатие кно­пок "Read". Если чтения не происходит, нужно тщательно проверить монтаж, оценить наличие и ам­плитуду всех сигналов, уточнить номер виртуального COM порта, заменить МК;

                        - запись файла Atmega8_14745600.hex занимает около 25 минут. Столько же займёт после­дующая верификация, если её не отключить перед программированием;

                        - на рисунке отмечены требуемые фьюзы.

 

            Файлы к статье

 

        1) Документация на USB программатор (~ 280 кБ)

        2) Программатор UniProF для МК AVR (~ 580 кБ)

        3) Программатор AVRDude для МК AVR (~ 1 МБ)

 

Автор: Олег Иванов

 

Главная страница