Универсальный программатор для микроконтроллеров AVR и PIC
В радиолюбительских журналах и сети Интернет приводится множество схем программаторов. Они отличаются способом подключения к компьютеру: через LPT, COM, USB. Программаторы для порта LPT наиболее простые, для COM - чуть сложнее. Для программатора, подключаемого к USB-порту, нужно иметь либо микроконтроллер, либо специализированную микросхему, преобразователь USB - UART. Кроме этого, разные программаторы предназначены для прошивки разных микроконтроллеров: AVR или PIC, при том, что алгоритм программирования этих двух типов микроконтроллеров отличается незначительно. Поэтому само собой напрашивается желание собрать универсальный программатор для любых микроконтроллеров - AVR и PIC.
Оптимальной нам показалась приведённая ниже схема программатора. Он подключается к COM-порту компьютера и содержит известную микросхему MAX232, которая корректно работает с любым COM-портом (у разных компьютеров уровни порта могут существенно отличаться от стандарта), защищая его при случайных ошибках монтажа или подключения. Программатор имеет панельки для разных корпусов микроконтроллеров, а также возможность для внутрисхемного программирования ICSP, когда программатор подключается проводами к плате с микроконтроллером или непосредственно к ножкам микроконтроллера без установки его в панельку. Программатор видится программами как JDM, поэтому проблем с программным обеспечением не возникает. Можно рекомендовать программу IC-PROG 1.06В.
Переключение режимов AVR - PIC производится микропереключателем. Процесс работы устройства индицируется четырьмя светодиодами. Программатор прост и не требует наладки, используются очень распространённые детали.
Вместо микросхемы 74LS00 можно поставить К555ЛА3 или КР1533ЛА3, транзисторы, в принципе, заменимы на похожие. У данной схемы есть одна странность - номиналы токоограничительных резисторов для светодиодов. Так как светодиоды подключены к разным участкам схемы, напряжения на этих участках также разные, из-за чего светодиоды светятся с разной яркостью. Для того, чтобы это исправить, можно попробовать подобрать резисторы, в частности - уменьшить R4 и R7. Вместо КД523 можно использовать распространённые 1N4148.
Печатная плата.lay (для Sprint Layout) Разводка выполнена под SMD-резисторы, остальные компоненты - в обычном исполнении.
Внимание! На печатной плате проводки MOSI и MISO к панельке ATMEGA8 показаны неправильно, их нужно перекинуть. Также C7 и C9 имеют перемычки - их нужно убрать.
Работа с IC-PROG
Скачивать программу нужно с официального сайта:
http://www.ic-prog.com/index1.htm
В каталоге программы должны находиться следующие файлы:
icprog.exe - непосредственно программа
icprog.sys - драйвер доступа к портам под XP
Необходимо нажать правой клавишей мыши на файле icprog.exe и выбрать "свойства". На вкладке "совместимость" необходимо поставить галочку "запустить в режиме совместимости" и выбрать Windows 2000.
Далее необходимо зайти в меню "Настройки" и выбрать пункт "Программатор". Тип программатора необходимо установить JDM и указать COM-порт, к которому физически подключен программатор. Для очень быстрых компьютеров можно также установить задержку ввода-вывода. В этом же окне необходимо указать интерфейс "Прямой доступ к портам". Все галочки параметров сигналов должны быть сняты.
Затем необходимо зайти в меню "Настройки" и выбрать пункт "Опции", вкладку "Общие", где установить галочку "Включить NT/2000/XP драйвер". При этом появится окно подтверждения установки драйвера и программа перезапустится.
После этого программа готова к работе с программатором.
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.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:
Выбираем папку где лежат дрова и жмем Далее
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 этой ссылке
USBasp - простой внутрисхемный USB-программатор для микроконтроллеров Atmel AVR. Программатор построен на микроконтроллере ATMega88 (или ATMega8) и содержит минимум деталей. Программатор использует свой USB-драйвер, никакие специальные USB контроллеры не нужны.
Особенности программатора:
- работа под любой платформой: Windows, Linux и Mac OS X
- какие-либо специальные компоненты или smd не нужны
- скорость программирования до 5 кБ/сек
- SCK-джампер позволяет программировать низкоскоростные контроллеры (< 1.5МГц)
- в планах: последовательный интерфейс (например для отладки)
Схема программатора
Схема предназначена для программирования только 5В кристаллов. В других случаях, уровни должны быть преобразованы!
Заливка прошивки
Т.к. в схеме программатора используется микроконтроллер, то его необходимо предварительно прошить. Для этого подключите другой рабочий программатор и установите джампер J2, для активации функции обновления прошивки.
Прошейте программатор при помощи прошивки: "bin/firmware/usbasp.atmega88.xxxx-xx-xx.hex" или "bin/firmware/usbasp.atmega8.xxxx-xx-xx.hex"
Необходимо будет установить фьюзы для подключения внешнего кварца
# TARGET=atmega8 HFUSE=0xc9 LFUSE=0xef
# TARGET=atmega48 HFUSE=0xdd LFUSE=0xff
# TARGET=atmega88 HFUSE=0xdd LFUSE=0xff
Установки джамперов
J1 - источник питания (от USB, либо внешний источник). Будьте аккуратнее, т.к. схема не содержит какой-либо защиты от КЗ.
J2 - обновление прошивки (сам себя обновлять не может!). Установленный джампер позволяет программировать контроллер программатора другим рабочим программатором.
J3 - если программируемый МК низкоскоростной <1.5 МГц, то необходимо установить данный джампер. Тогда SCK уменьшится с 375 кГц до примерно 8 кГц.
Установка драйверов под Windows
Подключите программатор USBasp к USB. Windows найдет устройство и попросит указать драйвер, укажите ему папку "bin/win-driver". Windows установит драйвер.
Теперь можно запустить avrdude, к примеру:
1. Войти в терминальный режим, МК: AT90S2313: avrdude -c usbasp -p at90s2313 -t
2. Записать main.hex в flash-память МК ATmega8: avrdude -c usbasp -p atmega8 -U flash:w:main.hex
Сборка их исходников (под Linux)
Компиляция прошивки:
1. Установите GNU toolchain для микроконтроллеров AVR (пакеты avr-gcc, avr-libc)
2. Войдите в директорию firmware/
3. Выполните команду "make main.hex"
4. Прошейте "main.hex" ATMega(4)8. Например при помощи uisp или avrdude (используйте
Makefile с опцией "make flash"). Для прошивки установите джампер J2 и подключите USBasp к рабочему программатору.
Также нужно установить фьюзы для работы от внешнего кварца (используйте Makefile
с опцией "make fuses").
Компиляция avrdude:
ПО AVRDUDE поддерживается программатором USBasp начиная с версии 5.2.
1. Установите пакет libusb: http://libusb.sourceforge.net/
2. Скачайте последнюю версию avrdude: http://download.savannah.gnu.org/releases/avrdude/
3. cd avrdude-X.X.X
4. Сконфигурируйте:
./bootstrap
./configure
5. Компиляция:
make
make install
Фото программатора USBasp
Программы для работы с программатором
AVRDUDE - поддерживается USBasp начиная с версии 5.2
BASCOM-AVR - поддерживается USBasp начиная с версии 1.11.9.6
Khazama AVR Programmer - Windows XP/Vista GUI приложение для USBasp и avrdude
Однажды я решил собрать несложный LC-метр на pic16f628a и естественно его надо было чем-то прошить. Раньше у меня был компьютер с физическим com-портом, но сейчас в моём распоряжении только usb и плата pci-lpt-2com. Для начала я собрал простой JDM программатор, но как оказалось ни с платой pci-lpt-com, ни с usb-com переходником он работать не захотел (низкое напряжение сигналов RS-232). Тогда я бросился искать usb программаторы pic, но там, как оказалось всё ограничено использованием дорогих pic18f2550/4550, которых у меня естественно не было, да и жалко такие дорогие МК использовать, если на пиках я очень редко что-то делаю (предпочитаю авр-ы, их прошить проблем не составляет, они намного дешевле, да и программы писать мне кажется, на них проще). Долго копавшись на просторах интернета в одной из множества статей про программатор EXTRA-PIC и его всевозможные варианты один из авторов написал, что extrapic работает с любыми com-портами и даже переходником usb-com.
В схеме данного программатора используется преобразователь логических уровней max232.
Я подумал, если использовать usb адаптер, то будет очень глупо делать два раза преобразование уровней usb в usart TTL, TTL в RS232, RS232 обратно в TTL, если можно просто взять TTL сигналы порта RS232 из микросхемы usb-usart преобразователя.
Так и сделал. Взял микросхему CH340G (в которой есть все 8 сигналов com-порта) и подключил её вместо max232. И вот что получилось.
В моей схеме есть перемычка jp1, которой нет в экстрапике, её я поставил потому что, не знал, как себя поведёт вывод TX на ТТЛ уровне, поэтому сделал возможность его инвертировать на оставшемся свободном элементе И-НЕ и не прогадал, как оказалось, напрямую на выводе TX логическая единица, и поэтому на выводе VPP при включении присутствует 12 вольт, а при программировании ничего не будет (хотя можно инвертировать TX программно).
После сборки платы пришло время испытаний. И тут настало главное разочарование. Программатор определился сразу (программой ic-prog) и заработал, но очень медленно! В принципе - ожидаемо. Тогда в настройках com порта я выставил максимальную скорость (128 килобод) начал испытания всех найденных программ для JDM. В итоге, самой быстрой оказалась PicPgm. Мой pic16f628a прошивался полностью (hex, eeprom и config) плюс верификация где-то 4-6 минут (причём чтение идёт медленнее записи). IcProg тоже работает, но медленнее. Ошибок про программировании не возникло. Также я попробовал прошить eeprom 24с08, результат тот же - всё шьёт, но очень медленно.
Выводы: программатор достаточно простой, в нём нет дорогостоящих деталей (CH340 - 0.3-0.5$ , к1533ла3 можно вообще найти среди радиохлама), работает на любом компьютере, ноутбуке (и даже можно использовать планшеты на windows 8/10). Минусы: он очень медленный. Также он требует внешнее питание для сигнала VPP. В итоге, как мне показалось, для нечастой прошивки пиков - это несложный для повторения и недорогой вариант для тех, у кого нет под рукой древнего компьютера с нужными портами.
Вот фото готового девайса:
Как поётся в песне "я его слепила из того, что было". Набор деталей самый разнообразный: и smd, и DIP.
Для тех, кто рискнёт повторить схему, в качестве usb-uart конвертера подойдёт почти любой (ft232, pl2303, cp2101 и др), вместо к1533ла3 подойдёт к555, думаю даже к155 серия или зарубежный аналог 74als00, возможно даже будет работать с логическими НЕ элементами типа к1533лн1. Прилагаю свою печатную плату, но разводка там под те элементы, что были в наличии, каждый может перерисовать под себя.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | Микросхема | CH340G | 1 | В блокнот | ||
| IC2 | Микросхема | К1533ЛА3 | 1 | В блокнот | ||
| VR1 | Линейный регулятор | LM7812 | 1 | В блокнот | ||
| VR2 | Линейный регулятор | LM7805 | 1 | В блокнот | ||
| VT1 | Биполярный транзистор | КТ502Е | 1 | В блокнот | ||
| VT2 | Биполярный транзистор | КТ3102Е | 1 | В блокнот | ||
| VD1-VD3 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 2 | В блокнот | ||
| C1, C2, C5-C7 | Конденсатор | 100 нФ | 5 | В блокнот | ||
| C3, C4 | Конденсатор | 22 пФ | 2 | В блокнот | ||
| HL1-HL4 | Светодиод | Любой | 4 | В блокнот | ||
| R1, R3, R4 | Резистор | 1 кОм | 3 |
MAX232 заменил на более быстродействующий ST232, управляемый стабилизатор заменил обычным 7812 и транзисторным ключем после него, транзисторы - ВС547, все остальные детали - по рекомендациям из оригинальной статьи. Также добавил отдельную подключаемую плату с панельками для разных типов контроллеров (так как в основном юзаю РІС-и, то плата пока только под них, а если нужно прошить AVR - то проводочками:-)). Монтируется все это на вот такой плате:
А это сменная плата для ПИК-ов и микросхем памяти:
Из панелек все неиспользуемые контакты удалить, чтобы не сверлить много лишних отверстий. Вот фото собраной платы:
Программатор собрал в поляцком корпусе, который обозначается Z50, собственно под него и проектировалась плата, ниже несколько фото:
На фото видно в корпусе трансформатор питания, я его потом выкинул, так как он оказался слабоват (сделал светодиодную подсветку передней панели из сверхярких светодиодов, и трансформатор не осилил:-). Сейчас используется внешний блок питания 15В, и током до 1А. Программатор работает с программами PonyProg, Si-prog, WinPic800. Используя для управления программу PonyProg следует выбрать в соответствующем ее окне программатор SI Prog I/O и задать инверсию сигналов в соответствии с таблицей 1, для программ Si-Prog и WinPic 800 следует выбрать программатор JDM Programmer, а инверсию сигналов задать в соответствии с таблицами 2 и 3.
