Делаем Arduino с нуля. Бюджетный USB Arduino своими руками Самодельный ардуино на atmega8

Многие радиолюбители, начинали знакомство с микроконтроллерами через Arduino. Большинству пользователей mysku известно про этот электронный конструктор и удобную платформу для быстрой разработки электронных устройств, поэтому особо останавливаться на достоинствах и недостатках самой платформы я не буду.

В обзоре будет описана возможность использования Arduino в качестве программатора далее по тексту Arduino ISP. Кому интересно, прошу под кат.

Наигравшись с различными модулями к Arduino, у меня возникло желание создать полноценное устройство, которое будет полезно в повседневной жизни.
Случайно наткнувшись в интернете на проект , решил попытаться его повторить.

Прочитав описание проекта, были сформулированы основные для меня проблемы или как принято говорить подводные камни:
- Создание печатной платы;
- Прошивка микроконтроллера Atmega8A в корпусе TQFP-32.

До этого я не вытравил ни одной платы и прошивал только встроенный в Arduino микроконтроллер в корпусе DIP.

Atmega8 в корпусе TQFP-32 помимо достоинств, таких как более низкая цена и меньший размер по сравнению с DIP, имеет и недостаток - это неудобство прошивки микроконтроллера и более сложный монтаж на плату.

Устранить первый недостаток можно различными способами:
- Приобрести переходник TQFP32 TO DIP32, который имеет механизм зажима. Стоимость около 1 тыс. рублей;
- Приобрести переходник TQFP32 TO DIP32, который не имеет механизма зажима, рассчитан на припаивание микроконтроллера. Стоимость около 100 рублей за 5 штук;
- Сделать печатную плату-переходник TQFP32 TO DIP32 своими руками;
- Припаять тонкие провода к нужным ножкам и отпаять после прошивки.

Выбрав предпоследний вариант, чтобы не ждать еще месяц доставки, я приступил к созданию печатной платы по методу ЛУТ. Информации и роликов в интернете о данном методе очень много и каждый без труда сможет повторить его дома. Вытравив плату в хлорном железе и припаяв штырьки, получился вот такой переходник:

Исходные файлы для Sprint Layout, можно скачать .

Припаиваем Atmega8 феном или паяльником. Можно «прихватить», только 8 ножек, которые участвуют в прошивке. Не рекомендую использовать различные зажимы или «колхозить» с прищепками.

Подключаем Arduino Uno к компьютеру по USB и загружаем скетч Arduino ISP. Компилируем и прошиваем Arduino Uno. В комментариях, есть подсказка по подключению для прошивки через Arduino ISP, нам потребуются пины MOSI, MISO, RESET, GND, GND, VCC, VCC, SCK.

// pin name: not-mega: mega(1280 and 2560) // slave reset: 10: 53 // MOSI: 11: 51 // MISO: 12: 50 // SCK: 13: 52

Общая схема подключения будет выглядеть следующим образом:

Для прошивки будем использовать консольную утилиту :

Avrdude -p m8 -P USB15 -c arduino -b 19200 -U lfuse:w:0xE4:m -U hfuse:w:0xDA:m -U flash:w:main.hex

Где -p m8 - Прошиваемый микроконтроллер в нашем случаи Atmega8;
-P USB15 - Имя порта, под которым опеределяется программатор Arduino ISP;
-с arduino - Тип программатора;
-b 19200 - Скорость USB порта;
-U flash:w:main.hex - Прошивка;
-U lfuse:w:0xE4:m -U hfuse:w:0xDA:m - Фьюзы.

После успешной прошивки, можно дополнительно сравнить код на flash с исходным hex файлом:

Avrdude -p m8 -P USB15 -c arduino -b 19200 -U flash:v:main.hex

Если у Вас нет в наличии Arduino, то в качестве дешевого программатора, можно использовать . Его стоимость порядка 100 руб.

В заключении, продемонстрирую фотографии устройства, которое я собрал по проекту ClusterM.

Фотографии

Особенности:
- Эмуляция iButton/Cyfral/Metacom;
- Считывание iButton/Cyfral;
- Синхронизация базы ключей с компьютером по USB;
- Компактный размер платы;
- Низкое энергопотребление, автор проекта сообщал, что от одного комплекта батареек устройство работает около года;

Очень давно хотел собрать свою плату Arduino, смотрел на схемы, но так и не решался. Причин было несколько:

• В моем ноутбуке отсутствует COM порт, потому версия с COM портом мне не подходит
• USB версия использует очень дорогую микросхему FT232R

Ну вот однажды я наткнулся на статью на Хабре, где использовали конвертер на AVR вместо FT232R (схемы там нет), а так же на Zelectro аналогичную реализацию, но на микроконтроллере Atmega8. Последняя была сделана на базе японского проекта . Именно все это и вдохновило меня сделать собственную реализацию Arduino.

И так, если зайти на сайт AVR-CDC и посмотреть последние изменения (в архиве с прошивкой, на сайте нет информации) то там реализованы линии Rx Tx, а так же DTR, CTS, RTS не только на относительно дорогой ATMega8, но и на дешевой AtTiny2313. Работают последние линии только на кварце в 16 или 20 мгц. Именно на основе данного чипа я решил собрать USB — UART преобразователь.

• Прошивка AtTiny2313 под кварц 16 мгц —
• USB драйвер —
• Fuse bits — HFuse: CD; LFuse: FF

Часть Arduino взята с официального сайта практически без изменений.

Плата питается как от USB так и от внешнего питания. На плате установлен стандартный для программатора AVR910 разьем для прошивки основного чипа. В моем случае это AtMega8, но можно использовать и AtMega168.

Для работы программатора AVR910 в фале конфигурации программатора..\Arduino\arduino-1.0.6\hardware\arduino\programmers.txt необходимо добавить следующие строки:

Avr910.name=avr910 avr910.protocol=avr910 avr910.communication=serial avr910.speed=115200

Выше указанный файл редактируется нормально только редактором Notepad++. В обычном Notepad он выглядит не читабельно.

Ниже привожу фото этого Arduino в сборке от Павла!

Самодельное USB Arduino с программатором

(P.S. Писал эту же статью на www.nnm.ru, решил, синхронизировать версии).
Как-то (пару месяцев назад) просматривая новости в инете, наткнулся на очень лестные отзывы о мега-популярном проекте Arduino . Писалось, что чуть ли не домохозяйки любят и могут с ним возиться и делать с его помощью всякие интересные вещи. Ну... что же. Почему бы и мне не попробовать, руки и мозги вроде как имею... Однако прикупить готовую плату - ни финансы, ни природная скрягость не позволило. Сами с усами, сделаем. Вот инструкция с оф. сайта: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardSerialSingleSided3
Там вы найдете и список деталей и рисунки печатки.... Короче все, что нужно для изготовления. Я сделал две таких платы и остался очень доволен.

Но есть одно но. В официальной версии в качестве преобразователя RS232 выступал блок на транзисторах.... и это приводило к нестабильному обмену информацией.
Но не я первый столкнулся с такой проблемой. Вот вариант на реальном преобразователе MAX232
http://spiffie.org/electronics/archives/microcontrollers/Build%20a%20MaxSerial%20Freeduino.html
Его и стоит делать.
Вот мой процесс реализации этого варианта.
Собираем все до кучи Детали и разъемы - обходятся менее 10 у.е..
Нам понадобиться:
-- кусок одностороннего стеклотекстолита (95х65мм)
— микроконтроллер ATmega8 (или ATmega168)
— микросхема MAX232 (можно интегралловскую ILX232N)
— 7805 (регулятор напряжения 5В)
— 4-ре светодиода (лучше разные цвета)
— кварц 16 Mhz
— кнопка (с четырьмя контактами)
— разъем СОМ-порт (мама) под запайку
— разъем под питание (2.1мм)
— конденсатор 22пФ (маркировка либо 22, либо 220)- 2 шт.
— конденсатор 0.1 мкФ (маркировка 104) — 3 шт.
— резистор 1к (0.125 Ватт) — 5 шт
— резистор 10к (0.125 Ватт) — 1 шт
— диод 1N4004 (или 1N4007) — 1шт.
— элетролит. конденсатор 10мкФ х16В — 5 штук (минимальные по высоте, иначе шилды не становятся)
— элетролит. конденсатор 100мкФ х16В — 2 штук (тоже невысокие)
— колодки под микросхемы (16 ножек-1шт, 28 ножек узкая — 1 шт)
ну и пару полосок штырьков и соответ. им мам.

Самое ответственное — изготовление печатки. ( готовый Word-овский файл для печати и ЛУТ ).

Еще раз повторюсь, от качества изготовления печатки зависит ВСЕ!!!

Готовую (вытравленную) плату необходимо залудить. Хотите красоты — воспользуйтесь сплавом Розе. Думаю, без труда в инете найдете описание этого метода. Ну а можно по старинке флюсом и припоем.

Для красоты и удобства на лицевую сторону можно нанести (тем же лутом) расположение элементов и надписи.

Осталось аккуратно запаять элементы. Начинайте с перемычек, потом пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, кварц), далее светодиоды, разъемы, колодки. Все паяем без "соплей" и "коротышей" :)

Вид со стороны пайки.

А от и результат. Мой вариант — далеко не эталон, но вполне работоспособен:)

Итак, 2/3 дела сделано. Осталось "вдохнуть жизнь" — прошить плату загрузчиком. :)

Для этого нужно изготовить небольшой программатор.
Вот схема:

А вот реализация в "железе":

С официального сайта скачиваем софт . Устанавливаем. Запускаем.

Идем по пути: -> ->

Подключаем программатор к Arduino, разъем в LPT, на Arduino подаем питание

Шаг 1.Введение.


Вопросы,как и что сделать,а вообще зачем оно мне?

После серфа по тоннам информации об Arduino…от изготовления светодиодного кубика,до создания «Умного дома»,до изготовления летающих дронов…
вы,как и я,лихорадочно начали искать более-менее приемлимую инфу об изготовлении этой всемогущей платы.
«Черт возьми,хочу такую!» или «Я хочу сделать это.Прямо сейчас.»И в голове крутятся все возможные применения этого устройства,
руки сами начинают искать детали для платы,заходите в интернет,а там:
АРДУИНО.Всего за 25$.
И все.
Все комбинации выпали из головы.
Безнадега.
Не знаете,как жить дальше.
И тут вы натыкаетесь на этот сайт!
Вы спасены!
Ведь именно сейчас мы с вами соберем ARDUINO-совместимую плату за 15 минут и всего за примерно 300 рублей!

Шаг 2.Приобретите это немедля!

Вам необходимы эти компоненты:
-Макетная плата
-ATMega 328(примечание переводчика: можно использовать также ATMega 8,168)
-Готовая плата Arduino(*и снова переводчик-вместо ардуины можно использовать любой программатор,хоть «5 проводков»)
-1 резонатор на 16мГц
-3 резистора на 100Ом
-1 резистор на 10кОм
-2 конденсатора на 22pF
-3 светодиода(красный,желтый и зеленый)
-1 батарея типа»Крона»(9 вольт) с ответной частью
-USB-кабель
-1 стабилизатор напряжения «КРЕНка»
-Компьютер,ноутбук с установленной Arduino IDE.
И все.

Шаг 3.Начало сборки.

Возьмите макетку и закрепите микроконтроллер так,чтобы его ножки не были замкнуты(он должен стоять над «канавкой»)

Шаг 4.Подключение КРЕНки.

Поместите КРЕНку на макетку рядом с МК.
Распиновка КРЕНки:
-VCC(питание снаружи)
-GND(Земля.Общий контакт)
-Output(Выход)
Подсоедините черный провод к GND.Соедините его другой конец с шиной «GND» на макетке.
VCC подключите к шине питания+ на макетке.
И Output киньте туда,где будет питание чипа.

Шаг 5.Проводим питание к МК.

Хорошенько изучите распиновку АТМеги.
Соедините Output КРЕНки и GND макетки соответственно с Output(7 и 20 пин) и GND(8 и 22 пин) МК.

Шаг 6.Добавим точности.

Подключите конденсатор на 22pF между GND и 9 пином АТМеги.
И второй конденсатор между 10 пином АТМеги и,опять же,землей.
Добавьте резистор на 10кОм между 5v и RESET(1 пин).

Шаг 7.Добавляем светодиоды.

Воткните провод в любое место платы.
Подключите резистор 100Ом к одному из концов провода(см.картинку)
Длинную ножку диода (+) желтого диода подсоедините к другому концу резистора.
Короткую ножку(-) подключите к земле.
Повторите для красного и зеленого диодов.

Шаг 8.Подключаем все это к ARDUINO.
Далеко зашли мы,однако!

Подключите желтый диод к 9 пину Arduino.
Желтый диод отображает работу программатора.
Подключите красный диод к 8 пину Ардуины.
Он загорается,если что-то пошло не так.
И зеленый диод подключите к 7 пину.
Он показывает статус заливки bootloader’а.
Подсоедините 4 провода(на картинке-3 желтых и зеленый) к пинам АТМеги на макетке(см.рисунок).
А затем эти провода к 10-13 пинам Ардуино.
Не забудьте соединить 5 и GND Ардуины и макетки!

Шаг 9.Программирование.
Фух,добрались и до заливки бутлоадера.
Как,спросите вы?
АК вот так!
1)Запустите Arduino IDE.
2)Выберите Файл-Примеры-Arduino ISP.
3)Скомпилируйте скетч и залейте его в Ардуину.
После заливки скетча Вы увидите,что желтый диод начал мигать.
Теперь добавьте резистор на 100 Ом между землей и Reset Ардуины.

Шаг 10.Собственно заливка загрузчика.

В Arduino IDE выберите:
Tools-Board-Arduino Duemilkanove with AtMega 328(* Если вы используете не АТМегу 328,найдите в списке модель с тем контроллером,который установлен у вас)
Tools-Programmer-Arduino as ISP.
И снова в меню Tools.Зайдите и нажмитье «Burn Bootloader»
Прошивка начнется(займет около минуты)
На экране появится надпеись «Done Burning Bootloader»

Если что-то пойдет не так,загорится красный диод,то не получилось.Обращайтесь в личку или на [email protected] .
Вуаля!У вас есть свой Ардуино!
Счастливой работы!

Общие сведения

Этот вариант Arduino-контроллера, если уж не самый простой, то уж наверняка самый доступный для самостоятельного изготовления. В основе - уже ставшая классической схема Arduino на контроллере ATMega8.

Всего разработано два варианта:

• Модульный
• Одноплатный

Модульный вариант

Одноплатный вариант

Плата выполнена из одностороннего фольгированного текстолита и может быть повторена в домашних условиях с использованием, наприрмер, ЛУТ-технологии. Размеры платы: 95x62

Программирование микроконтроллера

После сборки платы - необходимо "прошить" контроллер, загрузить в него "bootloader" - загрузчик. Для этого потребуется программатор. Берем чистый контроллер типа ATMega8, устанавливаем его в программатор, подключаем к компьютеру. Я использовал программатор Программатор AVR ISP mkII c адаптером ATMega8-48-88-168 . Программируем с помощью Arduino IDE, она сама выставит необходимые fuse bits. Последовательность такая:

1. Выбор программатора (Сервис > Программатор > AVRISP mkII). Если этот программатор используется впервые - необходимо установить драйвер AVRISP-MKII-libusb-drv.zip . Если используется не AVRISP mkII, а другой программатор, то из списка нужно выбрать нужный.

2. Выбор платы для микроконтроллера (Сервис > Плата > Arduino NG or older w/ ATmega8). Если используется не ATmega8, а другой микроконтроллер, то и платку нужно выбирать соответствующую ему.

3. Запись bootloader (Сервис > Записать загрузчик).

4. Устанавливаем контроллер на плату, и все, Arduino готова к работе.