Универсальный usb программатор для микроконтроллеров. Программы. Прошивка с помощью PonyProg

С развитием компьютерной техники, с каждым разом становится все меньше и меньше компьютеров оснащенных COM и LPT портами. Это в свою очередь вызывает затруднения, в частности у радиолюбителей, связанные с сопряжением средств программирования микроконтроллеров с персональным компьютером.

В данной статье приведено описание USB программатора для микроконтроллеров AVR, который можно собрать своими руками. Построен он на микроконтроллере Atmega8 и способен работать от USB разъема компьютера. Данный программатор совместим с STK500 v2.

Описание USB программатора

USB программатор построен на плате, сделанной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита . На плате есть 2 перемычки: одна расположена под разъё­мом SPI, вторая перемычка расположена неподалеку от того же разъема.

После того как все детали будут запаяны нужно прошить микроконтроллер Atmega8 прошивкой приведенной в конце статьи. Фьюзы, которые необходимо выставить при программировании микроконтроллера Atmega8, должны выглядеть следующим образом:

• SUT1 = 0
• BOOTSZ1 = 0
• BOOTSZ0 = 0
• CKOPT = 0
• SPIEN = 0

Необходимо напомнить, что в некоторых программах фьюзы выставляются противоположно этому. Например, в программе CodeVisionAVR необходимо проставить галочки напротив вышеперечисленных фьюзов, а в программе PonyProg наоборот.

Программирование Atmega8 через LPT-порт компьютера

Самый быстрый и дешевый способ запрограммировать Atmega8 – применить LPT-программатор для AVR. Подобная схема приведена ниже.

Питание микроконтроллера осуществляется от простого стабилизатора напряжения 78L05. В качестве оболочки для программирования можно использовать программу UniProf.

При первом включении программы и при не подключенном контроллере, нажав кнопку «LPTpins», необходимо настроит выводы LPT-порта следующим образом:

В момент запуска UniProf, она автоматом определяет вид микроконтроллера. Загружаем в память UniProf прошивку Atmega8_USB_prog.hex, отклоняем подключение файла EEPROM.

Выставляем следующим образом фьюзы (для программы UniProF), нажав кнопку «FUSE»:

Для запоминания установок нажимаем все три кнопки «Write». Затем нажав на «Erase» предварительно очищаем память прошиваемого микроконтроллера. После этого уже жмем на «Prog» и дожидаемся завершения прошивки.

Настройка USB программатора

После того как наш микроконтроллер прошит, его необходимо установить в плату USB программатора. Далее подключаем программатор к USB порту компьютера, но пока питание не подаем.

Настройка порта:

Настройка терминала:

Настройка ASCII:

Теперь после всех проделанных процедур, подаем питание на USB программатор. Светодиод HL1 должен промигать 6 раз и затем светится постоянно.

Для проверки связи USB программатора с компьютером 2 раза нажимаем клавишу «Enter» в программе HyperTerminal. Если все в порядке мы должны увидеть следующую картину:

Если это не так проверяем еще раз монтаж, особенно линию TxD.

Далее вводим версию программатора 2.10, так как без этого програм­матор не будет работать с программами «верхнего уровня». Для этого вводим «2» и нажимаем «Enter», вводим «а» (английская) и нажимаем «Enter».

USB программатор способен распознавать подключение программируемого микроконтроллера. Выполнено это в виде контроля «подтяжки» сигнала Reset к источнику питания. Этот режим включается и выключается следующим образом:

• «0», «Enter» — режим выключен.
• «1», «Enter» — режим включён.

Изменение скорости программирования (1МГц):

• «0», «Enter» – максимальная скорость.
• «1», «Enter» – сниженная скорость.

На этом подготовительная работа завершена, теперь можно попробовать прошить какой-нибудь микроконтроллер.

(скачено: 1 203)

В современных электронных схемах все чаще и чаще применяются микроконтроллеры. Да что там говорить, если сегодня не найти даже обыкновенную елочную гирлянду без микроконтроллера внутри - он задает различные программы иллюминации.

Я впервые столкнулся с микроконтроллерами, когда собирал свой первый . Вот тогда-то и выяснилось, что контроллер без прошивки - это просто кусок пластмассы с ножками.

А чтобы залить нужную прошивку в АТМЕГу, никак не обойтись без программатора. Далее мы рассмотрим две самые простые и проверенные временем схемы программаторов.

Схема первая

С помощью этого программатора можно прошивать практически любой AVR-контроллер от ATMEL, надо только свериться с распиновкой микросхемы.

СОМ-разъем на схеме - это "мама".

На всякий случай привожу разводку печатной платы для атмеги8 (), хотя такую примитивную схему проще нарисовать от руки. Плату перед печатью нужно отзеркалить.

Файл печатной платы открывать с помощью популярной программы Sprint Layout (если она у вас еще не установлена, то или лучше сразу ).

Как понятно из схемы, для сборки программатора потребуется ничтожно малое количество деталек:

Вместо КТ315 я воткнул SMD-транзистор BFR93A, которые у меня остались после сборки .

А вот весь программатор в сборе:

Питание (+5В) я решил брать с USB-порта.

Если у вас новый микроконтроллер (и до этого никто не пытался его прошивать), то кварц с сопутствующими конденсаторами можно не ставить. Работа без кварцевого резонатора возможна благодаря тому, что камень с завода идет с битом на встроенный генератор и схема, соответственно, тактуется от него.

Если же ваша микросхема б/у-шная, то без внешнего кварца она может и не запуститься. Тогда лучше ставьте кварц на 4 МГц, а конденсаторы лучше на 33 пФ.

Как видите, я кварц с конденсаторами не ставил, но на всякий случай предусмотрел под них места на плате.

Заливать прошивку лучше всего с помощью программы PonyProg (скачать).

Прошивка с помощью PonyProg

Заходим в меню Setup -> Calibration -> Yes. Должно появиться окошко "Calibration OK".

Теперь втыкаем микроконтроллер в панельку программатора, и подаем питание 5 вольт (можно, например, от отдельного источника питания или порта ЮСБ). Затем жмем Command -> Read All.

После чтения появляется окно "Read successful". Если все ок, то выбираем файл с нужной прошивкой для заливки: File -> Open Device File. Жмем "Открыть".

Теперь жмем Command -> Security and Configuration Bits и выставляем фьюзы, какие нужно.

Вот и все, МК прошит и готов к использованию!

Имейте в виду, что при прошивке с помощью других программ (не PonyProg) биты могут быть инверсными! Тогда их надо выставлять с точностью до наоборот. Определить это можно, считав фьюзы и посмотрев на галку "SPIEN".

Схема вторая

Еще одна версия программатора, с помощью которого можно залить прошивку в микроконтроллер АТМЕГа (так называемый программатор Геннадия Громова). Схема состоит всего из 10 детатей:
Диоды можно взять любые импульсные (например, наши КД510, КД522). Разъем - "мама". Питание на МК (+5В) нужно подавать отдельно, например, от того же компьютера с выхода USB.

Все это можно собрать навесным монтажом прямо на разъеме, но если вы крутой паяльник и знаете, что такое smd-монтаж, то можете сделать красиво:

Алгоритм прошивки с помощью программатора Громова

Программатор с установленной микросхемой подключаем к СОМ-порту компьютера, затем запускаем Uniprof, затем подаем питание на микроконтроллер. И первым делом проверяем, читаются ли фьюз-биты.

Если все ок, выбираем файл с нужной прошивкой и жмем запись.

Будьте предельно внимательны и осторожны, потому что если глюканет при записи фьюзов, то МК либо на выброс, либо паять схему доктора (а она сложная). Если поменяете бит SPIEN на противоположный - результат будет тот же (к доктору).

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

Опубліковано 23.02.2011

Неболшой обзор используемых на практике программаторов для микроконтроллеров AVR. AVR ISP Prorgammer и USB программатор AVR / 89S совместимый с AVR910 .

AVR ISP Prorgammer

Внутрисхемный программатор для программирования микроконтроллеров фирмы ATMEL®, как в условиях серийного производства, так и в процессе разработки и отладки изделий.

Программатор поддерживает следующие семейства кристаллов:

TinyAVR

ATtiny11L, ATtiny11, ATtiny12V, ATtiny12L, ATtiny13, ATtiny15L, ATtiny2313, ATtiny26L, ATtiny26, ATtiny28V, ATtiny28L

AT90S1200, AT90S2313, AT90LS2323, AT90S2323, AT90LS2343, AT90S2343, AT90LS4433, AT90S4433, AT90LS8515, AT90S8515, AT90LS8535, AT90S8535

MegaAVR

ATmega48, ATmega88, ATmega168, ATmega8, ATmega16, ATmega32, ATmega64, ATmega640, ATmega128, ATmega1280, ATmega1281, AT90CAN128, ATmega103, ATmega161, ATmega162, ATmega163L, ATmega169, ATmega8515, ATmega8535, ATmega2560, ATmega2561, ATmega325, ATmega3250, ATmega645, ATmega6450, ATmega329, ATmega3290, ATmega649, ATmega6490

Отличительные особенности :

– внутрисхемное программирование (не требуются дополнительные переходные панели, при этом выводы программирования используются в проекте)

– поддержка программатора популярными компиляторами AVRstudio, IAR AVR, Image Craft AVR.

– автоматическая верификация (100% гарантия соответствия зашитого кода исходному)

– высокая скорость программирования, возможность прошивки серийного номера кристалла

я долгое время удачно пользовался и продолжаю пользоваться этим надежным и простым программатором, работающим через LPT порт.

Схема этого простого, но надежного программатора:

Двусторонняя плата помещается в разъем:

Мне понадобился второй программатор, а описанный ниже USB программатор не мог шить нужный мне микроконтроллер. Поэтому я решил повторить этот LPT программатор.

Компьютерные тенденции таковы, что LPT порт скоро исчезнет. Поэтому пора присмотреть альтернативу.

Программатор микроконтроллеров AVR / 89S совместимый с AVR910 (USB программатор)

Посетив несколько магазинов, понял, что цену на программаторы лупят не скромные, поэтому принял решение заморочиться и сделать программатор сам.
Пробороздив просторы Интернета, нашел несколько реализаций совместимые по командам с оригинальным программатором AVR910 ATMEL.

Минус такой переделки – отсутствие предохранителя. Хотя, как показала практика, USB порт кротким замыканием спалить вряд ли удастся. По крайней мере, на моём компьютере не вышло, но экспериментировать не стоит.
Светодиод VL3 сигнализирует о подачи питания на программатор через порт USB. Светодиоды VL1, VL2 сигнализируют о чтении / записи программатора.
Джампер J1 – (MODify) служит для программирования микроконтроллера в новом программаторе. При его замыкании, к разъему ISP подключается внешний программатор и производится загрузка в МК программы.
После этот джампер необходимо разомкнуть и замкнуть джампер J2 – NORMal. Больше мы его не трогаем.
С помощью джампера J3 LOW SCK возможно понижать тактовую частоту порта SPI МК программатора до ~20 кГц. При разомкнутом джампере частота SPI нормальная, при замкнутом – пониженная.
Примечательная особенность, на вывод LED разъема ISP выведен меандр с частотой 1 МГц для “оживления” МК, у которых были ошибочно запрограммированы фьюз-биты, отвечающие за тактирование. ОЧЕНЬ полезная штука!

Прошивка FUSE BITS
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”).

Инсталляция
Windows 2000/XP/Vista/Seven 32-bit

Прошить контроллер. Подключить свежеиспеченный программатор к РС через свободный разъем 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.
В архиве с прошивкой имеется папка “AVR910.Driver ” в которой расположены три директории для разных вариантов операционных систем:
-“2k_xp_32 ” – для операционных систем Windows 2000/XP 32-bit (используется штатный драйвер usbser.sys)
-“vista_xp_32 ” – Для операционных систем Windows XP/Vista/Seven 32-bit (usbser.sys + lowbulk.sys от Osamu Tamura)
-“vista_xp_64 ” – Для операционных систем Windows XP/Vista/Seven 64-bit (usbser.sys + lowbulk.sys от Osamu Tamura)

Особенности установки:

В принципе, инсталляция не отличается от подобной для Windows XP, но есть одно НО – задержки в драйвере usbser.sys данной ОС портят цепочку команд от ПО на РС до программатора и, соответственно, цепь ответов обратно от программатора до ПО на РС… Проблему я пока не установил, но есть решение. Конечно не самое красивое, но работает надежно 🙂 Необходимо заменить файл usbser.sys в системных папках Windows 2000 на аналогичный от Windows XP. Это папки …\winnt\system32\drivers\ и …\winnt\system32\dllcashe\. Файл usbser.sys от Windows XP SP1 можно взять здесь. Естественно, что драйвер придется подменять загрузившись под другой ОС (например с загрузочного диска).

Чтобы использовать драйвера на 64 битной платформе, Вы должны отключить проверку цифровых подписей драйверов, нажимая функциональную клавишу F8 во время начала загрузки системы.
Второй вариант, использование программы “Driver Signature Enforcement Overrider “, которая подписывает драйвер как “testdriver” и активизирует “testmode”, таким образом, Вы можете загрузить драйвер без реальной цифровой подписи. Вы можете найти более детальное описание на странице программы, пройдя по ссылке выше.

Вот что получилось у меня:

Программатор использую с программами AVRProg v.1.4 из пакета AVRStudio. На Windows XP Работают безотказно.

Программатор устанавливается как виртуальный Com-порт. Единственно, что нужно учесть, AVRProg проверяет порты от 1 до 4. Придется в диспетчере устройств передвинуть на порт до COM4, либо в настройках AVRStudio указать по какой порт искать программатор.

Схему, плату, прошивку и драйвера можно скачать .

P.S. Когда мне нужно было прошить PWM контроллеры (AT90PWM3) то пришлось это делать с помощью старого доброго AVR ISP Prorgammer (через LPT порт), AVRProg v.1.4 не знает AT90PWM3. Не определенная ситуация складывается и с ATmega64. Поэтому, основным рабочим программатором у меня остается ЛПТешный AVR ISP Prorgammer.

P.S.P.S. Не так давно знакомый купил этот USBasp программатор

Драйвера и ПО для него смотри здесь: http://www.fischl.de/usbasp/
Работает, при этом обрадовало отсутствие багов, замеченных у AVR / 89S совместимого с AVR910 (USB) программатора.

В статье описано ПО для работы с этими и другими программаторами.

Еще одним несложным, в плане изготовления, является COM программатор. При условии использования альтернативного режима COM порта Bitbang, отпадает необходимость в преобразовании интерфейса RS232 COM порта в SPI, необходимый для программирования. Остается только привести уровни сигналов COM порта (-12В, +12В) к необходимым (0, +5В). Это и делает
схема COM программатора для AVR микроконтроллеров:

Данная схема программатора достаточно распространена и известна как программатор Громова. Название пошло от автора программы Геннадия Громова, который и предложил такую схему.

Чтобы собрать программатор Громова нам нужно следующее:

Диоды КД522, КД510, 1N4148 или им подобные. Резисторы можно использовать любые, какие найдете. В качестве шлейфа можно использовать IDE шлейф. При подключении шлейфа, для более устойчивой работы программатора, каждый «сигнальный» провод должен чередоваться с «земляным» проводом. Это позволит уменьшить уровень помех наводимых в линиях и за счет этого увеличить длину программирующего провода. Длина шлейфа должна быть в пределах 50 см. Еще нужен разъем для подключения к программируемому устройству.
Для внутрисхемного программирования Atmel рекомендует стандартные разъемы:

Если Вы планируете серьезно заняться микроконтроллерами, сделайте разъемы стандартными. Для разового программирования устройства я рекомендую использовать на программаторе (такими разъемами к материнской плате подключаются кнопки и светодиоды корпуса компа — именно их я и взял) и штырьки PLS «папы» на плате. Это позволяет максимально упростить разводку платы устройства, так как штырьки для программатора устанавливаются в непосредственной близости возле ножек микроконтроллера. Ножки MOSI, MISO, SCK у микроконтроллеров AVR всегда расположены вместе, поэтому для них можно применить строенный разъем. Отдельно делаем подключение для «земли»-GND и «сброса»-Reset.

Собрать COM программатор не составит труда:

Я сознательно не даю печатной платы под этот программатор, так как схема проста и возня с разводкой и травлением платы просто себя не оправдывает.

Для того чтобы наш COM программатор заработал нужна , к которой мы подключим программатор и для микроконтроллера.

— Так как режим Bitbang нестандартный для COM порта компьютера, то возможны сбои в работе (хотя у меня такого не было). Особенно это касается ноутбуков. Как вариант решения этой проблемы можно рекомендовать «поиграться» настройками COM порта (скорость, биты данных, варианты управления потоком, величины буфера …).
— Отдельный разъем для «земли» желательно подключить первым, чтобы уравнять потенциалы «земли» программируемого устройства и компьютера. Для тех, кто не знает, если у Вас компьютер включен в обычную розетку, без заземляющего контакта, то в виду особенности фильтра блока питания компьютера, на корпусе компьютера всегда присутствует потенциал в 110В.

Заключение:

— COM программатор Громова простой и надежный. Я не перестал пользоваться им даже собрав USB программатор (если какой либо микроконтроллер перестает программироваться USB программатором я обязательно перепроверю его на программаторе Громова).
— Так как программатор Громова собран на пассивных элементах он не требует для себя питания. Мало того, из-за паразитного питания, микроконтроллер можно запрограммировать вообще не подключая к нему источника питания! Хотя так программировать я не рекомендую, но сам факт интересен.
— Для пользователей Algorithm Builder есть приятный бонус! Этот программатор можно использовать для внутрисхемной отладки кристалла (программный JTAG).