Программатор USB ISP для AVR: Ещё один шаг в сторону от ардуинонизации. Самостоятельная сборка программатора AVRProg Миниатюрные usb программаторы для микроконтроллеров avr

Небольшая программа, созданная с целью быстрой прошивки микроконтроллеров Atmel AVR.

Приложение Khazama AVR Programmer имеет простой и удобный минималистичный оконный интерфейс. Данный программатор является графической оболочкой программы avrdude и отлично подходит для начинающих разработчиков. В настоящее время Khazama AVR Programmer поддерживает около восьмидесяти моделей микроконтроллеров AVR, относящихся к семействам ATmega, ATxmega, ATtiny и AT90. Программатор имеет минимальное количество функций, однако выгодно отличается скоростью работы и стабильностью. Программное обеспечение позволяет: загружать в буфер сохраненные hex-файлы прошивки для EEPROM и FLASH памяти, записывать hex-файлы в EEPROM и FLASH память микроконтроллера, смотреть содержимое EEPROM и FLASH памяти чипа, очищать память контроллера, менять конфигурацию FUSE и LOCK битов, проводить верификацию EEPROM и FLASH памяти. Все операции можно осуществлять либо с помощью меню, либо с помощью кнопок на панели инструментов, внешний вид которых срисован с аналогичных кнопок в ПО .

Среди прочих функций программы Khazama AVR Programmer стоит отметить: наличие контекстных подсказок и клавиш быстрого доступа, возможность установки данного приложения поверх всех остальных окон, наличие просмотрщика EEPROM и FLASH hex-файлов (без редактирования), визуализация и расшифровка значений битов конфигурации микроконтроллеров. Настраиваемая кнопка «AutoProgram» запускает на исполнение набор операций, заданных в окне «Program Options» (по умолчанию установлена очистка чипа и запись во FLASH память). Программа Khazama AVR Programmer работает с , поддерживается программирование по TPI. Тактовая частота программирования по интерфейсу ISP задается в пределах от 500 Гц до 1,5 МГц.

Процедура программирования FUSE битов не требует разбирательств с шестнадцатиричными значениями и заключается в выборе необходимых параметров из выпадающих списков, что снижает вероятность залочить микроконтроллеры по ошибке. Также FUSE биты можно изменять, устанавливая галочки в нижнем поле. При этом поставить галки на несуществующие конфигурации нельзя, что также является плюсом в плане безопасности. В окне программирования FUSE битов присутствуют функции: записи фьюзов в память контроллера, сохранения текущей конфигурации в буфер, вызова сохраненной конфигурации из буфера, восстановления стандартной конфигурации FUSE битов, то есть той, с которой микроконтроллер поступил с завода. Приложение Khazama AVR Programmer работает с файлами дампов памяти *.hex.

Приложение было написано арабским программистом по имени Behzad Khazama (Иран, провинция Хорасан-Резави, город Себзевар). Последняя версия данного программатора вышла в середине 2011 года.

Программа представлена лишь на английском языке и не имеет русификатора.

Софт Khazama AVR Programmer поддерживается операционными системами семейства Microsoft Windows – XP, Vista, 7, 8 (32- и 64-разрядными).

Распространение программы: бесплатная

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:

1. VCC - плюс питания, как правило +5В;
2. GND - минус питания, земля (Ground);
3. MOSI - вход данных (Master Out Slave In);
4. MISO - выход данных (Master In Slave Out);
5. SCK - тактовый сигнал (Serial Clock);
6. 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.

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, 24 942 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»

Khazama AVR Programmer - графическая оболочка консольной программы avrdude, разработана арабским программистом, поддерживаемая системами Windows XP/Vista/7. Программа предназначена для прошивки микроконтроллеров фирмы Atmel семейства AT90/ATtiny/ATmega/ATXmega.

Khazama может считывать и записывать программный код, очищать память и программировать FUSE-биты, так же есть функция автоматического программирования и настройка тактовой частоты программирования. Программа поддерживает работу с программатором .

Настройка и прошивка

Запускаем программу

Для настройки программы заходим в Command -> Program Options

Здесь находятся настройки программы, подавляющее большинство которых настройка Auto program (автоматического программирования), выделенные в списке красным цветом. Используя функцию автоматического программирования, такие действия как считывание, стирания, запись и проверка выполняются по очереди автоматически, что очень удобно. Достаточно нажать, кнопку Auto program и все пункты отмечены галочками в настройках программы будут выполнены.

1. Располагать окно программы поверх остальных окон
2. Загружать в буфер программы последний закрытый файл
3. Считать FLASH память микроконтроллера в буфер программы
4. Считать EEPROM память микроконтроллера в буфер программы
5. Очистить память микроконтроллера
6. Записать прошивку в FLASH память микроконтроллера
7. Записать прошивку в EEPROM память микроконтроллера
8. Сверить байты FLASH память микроконтроллера после записи
9. Сверить байты EEPROM память микроконтроллера после записи
10. Записать Fuse bits в микроконтроллер
11. Проверять правильность выбора модели микроконтроллера
12. Настройка тактовой частоты программирования

Выбираем микроконтроллер через выпадающий список

или через меню File -> AVR -> …

Загружаем файл прошивки в программу File -> Load FLASH file to Buffer , указываем файл и нажимаем Открыть

Раньше, для прошивки AVR микроконтроллеров я использовал AvrUsb500 by Petka (STK500) и AVR Studio 4. Всё было нормально, пока микросхема FTDI FT232RL не дала сбой и не хотела работать. После этого начал искать альтернативы и наткнулся на Khazama AVR Programmer и . Программа сразу понравилась именно своим минимализмом, имеет простой и интуитивно понятный интерфейс. Маленькая да удаленькая. Вот с тех пор и пользуюсь этим замечательным АВР программатором.

Khazama AVR Programmer — возможности

Khazama работает со всеми ходовыми микроконтроллерами AVR, позволяет программировать flash и eeprom, прочитать содержимое памяти flash и eeprom, стирать чип, а также менять конфигурацию фьюз-битов (Fuses and Lock Bits). Всё необходимое для прошивки микроконтроллеров AVR. Настройка фьюзов осуществляется выбором источника тактирования из выпадающего списка, таким образом, вероятность «убить» контроллер по ошибке резко снижается. Фьюзы можно менять и расстановкой галок в нижнем поле, при этом нельзя расставить галки на несуществующую конфигурацию, что делает конфигурацию фьюзов более безопасной. И это тоже большой плюс.

Запись фьюзов (Fuses)

Запись фьюзов в память микроконтроллера осуществляется при нажатии кнопки Write All. Для сохранения текущей конфигурации есть кнопка Save, а Load возвращает сохраненную. 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, безопасности и скорости работы. Рекомендую пользоваться всем, кто хочет программировать AVR микроконтроллеров.