Программаторы микроконтроллеров usb для начинающих. USB-программатор (AVR): описание, назначение. Собрать COM программатор не составит труда

В данной статье мы опишем „шаг за шагом” этапы изготовления USBasp программатора для микроконтроллеров AVR . В отдельных статьях приведем описание установки драйверов для операционных систем Windows XP и Windows 7 (x64/x86). В конце поста размещена ссылка с необходимой документацией для изготовления программатора USBasp своими руками.

Программатор USBasp, благодаря своей простоте в изготовлении и использовании недорогих и широкодоступных элементов, стал очень популярным среди радиолюбителей. Его параметры работы не уступают профессиональным и дорогим программаторам микроконтроллеров AVR.

Основные характеристики программатора USBasp

• Работает с несколькими операционными системами – Linux, Mac OS X и Windows – включая Windows 8!
• Не требует внешнего питания.
• Умеет программировать со скоростью вплоть до 5kB/s
• Есть вариант (Switch 2) снижения скорость программирования – для процессоров с кварцем меньше 1,5 Мгц
• Обеспечивает напряжение для программирования (Switch 1) 5 вольт
• Указание работы программатора с помощью светодиода

Перед началом работы, стоит ознакомиться с последовательностью всех выполняемых действий, а именно:

1. Выбор схемы/рисунка печатной платы
2. Перенос рисунка печатной платы на фольгированный стеклотекстолит
3. Травление печатной платы в растворе хлорного железа
4. Сверление отверстий
5. Монтаж элементов (пайка)
6. Программирование Atmaga8 программатора
7. Подключение программатора к компьютеру
8. Установка драйверов – Windows XP, Windows 7
9. Выбор программы с поддержкой USBasp

Существует много версий USBasp программатора, но все они основаны на главной схеме, автором которой является Thomas Fischl . Прошивка микроконтроллера программатора также является его авторством.

Оригинальная схема программатора:

В данном случае за основу была выбрана оригинальная схема. Поскольку использование перемычек в оригинальной схеме не совсем удобно, было принято решение использовать DIP переключатели. Так же были изменены некоторые значения резисторов.
Более того, в оригинальной схеме линии TxD и RxD выведены на разъем ISP, хотя это не нужно (точнее не используются на практике).

Ниже приведена схема с внесенными изменениями:

Строительство USBasp программатора

Существует много версий печатной платы данного программатора, некоторые можно найти на официальном сайте USBasp. Однако, была сделана своя на основе выше представленной схемы.

К сожалению, из-за применения DIP переключателей, рисунок платы стал немного сложнее, что привело к применению 2 коротких перемычек, с целью чтобы печатная плата была по-прежнему односторонней.

Ниже результат печатной платы:

Как видно на рисунке, в программаторе не применялись SMD элементы. Пустое пространство на плате „залито” полем массы, главным образом для того, чтобы не вытравливать большое количество меди, а также снизить влияние помех на программатор.

Список элементов используемых в USBasp программаторе:

• R1: 10к
• R2: 180
• R3: 100
• R5, R6: 68
• R7: 2к2
• C1, C2: 22п
• C3: 10мк
• C4: 100н
• LED1: Красный светодиод на 20мА
• LED2: Зеленый светодиод на 20мА
• D2, D3: стабилитроны на 3,6В
• X1: Разъем USB, тип B
• SV1: Гнездо под разъем IDC-10
• Q1: Кварц 12МГц, корпус HC49-S
• SW1: Dip переключатель трехпозиционный
• IC1: Atmega8 (ПРИМЕЧАНИЕ: Не следует использовать микроконтроллер Atmega8 — PU из-за его ограничение максимальной тактовой частотой до 8 МГц!)

Перенос рисунка печатной платы USBasp программатора на стеклотекстолит выполнен с помощью метода ЛУТ (). Как это делать описывать не будем, поскольку данной информации в сети много.

Вкратце скажем, что сначала рисунок в масштабе 1:1 печатается на глянцевой бумаге, затем он накладывается на очищенную и обезжиренную медную сторону стеклотекстолита и фиксируется с помощью бумажного скотча. Далее бумажная сторона тщательно разглаживается утюгом на 3-ке. После все это дело вымачивается в воде и аккуратно очищается от бумаги.

Следующий этап – вытравливание платы в растворе хлорного железа. Во время травления желательно поддерживать температуру раствора не ниже 40 C, поэтому банку с раствором погружаем в горячую воду:

После завершения процесса травления необходимо удалить тонер ацетоном.

Остается теперь только просверлить отверстия. После завершения процесса изготовления платы можно приступать к пайке элементов USBasp программатора, начиная с перемычек.

Готовые к печати (в формате PDF) рисунок печатной платы находится в конце статьи. Вы также можете найти несколько вариантов на официальном сайте проекта.

Первый запуск USBasp программатора

Теперь, когда все детали спаяны, остается только «прошить» микроконтроллер Atmegę8 самого программатора. Для этого нужен отдельный программатор, это может быть, например, STK 200 (LPT порт), STK500 и т. д. LPT программатор подключается к USBasp через разъем IDC-10.

Обратите внимание, что распределение пинов в разъеме оригинального программатора (USBasp) находится справа, в то время как в версии, описываемой в этой статье – слева:

Распределение, показанное на рисунке справа, соответствует тем, которые применяет компания Atmel в своих оригинальных программаторах. Такое распределение уменьшает риск возникновения помех во время программирования в случае применения длинных проводов от программатора к контроллеру, так как каждая сигнальная линия экранирована массой, кроме MOSI.

На время программирования включите режим SELF путем переключения DIP переключателя № 3 в положение ON. Благодаря этому появляется возможность запрограммировать Atmega8. После завершения программирования, положение переключателя (3) должна быть переведено в состоянии OFF.

Последнюю версию прошивки можно скачать с официального сайта. Рекомендуем версию для Atmega8, которая находится в архиве: usbasp.2011-05-28.tar.gz.

Обратите внимание, чтобы перед программированием Atmega8 необходимо выставить фьюзы которые имеют следующие значения:

• # для Atmega8: HFUSE=0xC9 LFUSE=0xEF
• # для Atmega48: HFUSE=0xDD LFUSE=0xFF

В случае успешного программирования, подключаем программатор к USB разъему компьютера, при этом должен загореться красный светодиод, а компьютер должен оповестить об обнаружении нового оборудования.

Установка драйверов USBasp программатора

Способ установки драйверов программатора описан в отдельных статьях, там же имеются и сами драйвера. Ниже приведены прямые ссылки на эти статьи:

• Установка драйверов для программатора USBasp под Windows XP
• Установка драйверов для программатора USBasp Windows 7 x64/x86

Программы для работы программатора USBasp

Самой популярной программой, поддерживающей программатор USBasp, это консольная программа AVRdude. Так же существует множество производных программ, использование которых намного удобнее. Они представлены в статье Сравнение программ для поддержки программатора USBasp.

У радиотехников, которые любят заниматься конструированием электронных приборов, время от времени возникает необходимость использования в своих разработках микроконтроллеров. Применение этих полупроводниковых приборов

открывает огромные перспективы перед радиотехником. Микроконтроллеры выпускаются всего несколькими фирмами, лидерами из которых являются MicrochipTechnology, ATMEL, ARMLimited. Главной особенностью подобных приборов является необходимость их программной прошивки. Для этого и необходимы программаторы. На сегодняшний день существует огромный выбор различных типов программаторов, правда, цена таких изделий весьма высока, и не каждый радиолюбитель сможет позволить себе приобрести такое устройство.

В этой статье мы рассмотрим USB-программатор (AVR) на базе управляющего микроконтроллера Atmega 8. Это изделие достаточно простое, для того чтобы радиолюбитель смог собрать его самостоятельно и не тратил большие деньги на фирменное изделие. Выбранный нами USB-программатор (AVR) имеет минимальную обвязку микроконтроллера, что позволяет собрать весьма миниатюрный прибор. Такое изделие не займет много места, оно имеет обычной флэшки. USB-программатор (AVR) в своей схеме содержит микроконтроллер тип корпуса - TQFP 32 (не следует путать с типом корпуса DIP, так как у них различные распиновки). Схема такого устройства приведена на фото.

Приступим к описанию схемы прибора. Перемычка J1 используется в том случае, когда возникает необходимость прошивки микроконтроллера, имеющего тактовую частоту ниже 1,5 Мгц. При желании эта перемычка легко исключается из схемы, для этого 25-й вывод контроллера садится на «землю». В таком случае AVR-USB-программатор всегда будет функционировать на пониженной частоте. Следует учесть, что программирование на занимает больше времени, но решать, конечно же, вам. Стабилитроны D1, D2 применяются для согласования уровня между USB-шиной и программатором. Голубой светодиод сигнализирует о готовности устройства к программированию микроконтроллера, красный диод горит в процессе программирования. Схема имеет IDC-06 разъем, на который выведены контакты, распиновка которых соответствует типу ATMEL 6-пинового разъема ISP. На указанный разъем выводятся контакты питания микроконтроллеров, оно берется с USB-порта персонального компьютера, следовательно, необходимо быть внимательным, чтобы не допустить С помощью этого же разъема происходит программирование и управляющего контроллера, для этого необходимо соединить контакты Reset на контроллере и на разъеме (на схеме показано красным пунктиром).

Перемычка снижения скорости программатора и разъем подключения микроконтроллера расположены на торце устройства. Вот что представляет собой USB-программатор (AVR), как видите, все элементарно.

После сборки устройства необходимо прошить управляющий микроконтроллер, для этого рекомендую использовать программу PonyProg. При программировании заводим кристалл на функционирование от внешнего тактирующего источника на 12 Мгц.

Описанный в этой статье USB-программатор для AVR работает со всеми микроконтроллерами типа AVR, позволяет прошивать их, смотреть записанное содержимое устройства, стирать чипы, менять конфигурацию.

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

Конкурс начинающих радиолюбителей
“Моя радиолюбительская конструкция”

USB AVR программатор

Схема и программное обеспечение простого высокоскоростного USB AVR программатора, который может собрать своими руками и начинающий радиолюбитель

Конкурсная конструкция начинающего радиолюбителя –
“USB AVR программатор”

Здравствуйте уважаемые друзья и гости сайта!
Представляю на ваш суд вторую конкурсную работу.
Автор конструкции – Григорьев Илья Сергеевич .
Теперь на нашем сайте не только “Лед тронулся”, но и “Заседание продолжается”.

USB AVR программатор

Немного о данной конструкции.
На первый взгляд кажется, что эта схема сложна, не “по зубам” начинающим, а автор – уже довольно опытный радиолюбитель.
Смею всех заверить, Илья Сергеевич – начинающий радиолюбитель. А своей конструкцией он доказал, что при желании, настойчивости, целеустремленности, конструкцию такой сложности сможет собрать любой начинающий радиолюбитель.
Ну а теперь, слово автору.

Григорьев Илья Сергеевич, город Хабаровск

Всем привет!
Представляю на ваш суд вторую свою завершенную работу (первая- простая мигалка).
Решил, что в будущем буду собирать схемы, на основе каких-либо микросхем, которые нужно программировать, для чего нужен, собственно говоря, программатор!
В интернете огромное количество схем, на любой вкус, но основная проблема и замечание к схемам – это то, что у меня нет ни LTP, ни COM порта, остается вариант USB программатора. Но и тут есть своя загвоздка – для большинства программаторов, для начала работы, их микросхемы нужно запрограммировать на работу, а для этого нужен… – правильно, программатор! Можно было конечно собрать программатор Громова, пройтись по друзьям и найти LTP или COM порт, но мне этого не хотелось. Оставался последний вариант – это использовать программатор на основе микросхемы FT232RL, минус у этого программатора и у этой микросхемы только цена последней – она у нас в Хабаровске стоит в районе 230 рублей. Я решил на таком денег не экономить и взяться за сборку программатора на FT232RL.

Итак, список деталек:
Это сердце программатора – FT232RL . Цена- 230р
Вторая микросхема- 74HC244, она нужна, т.к у этого программатора есть еще один минус - он не отдает линию RESET по завершении программирования. Поэтому, чтобы схема стартанула, надо выдрать из платы разьем ISP, что очень неудобно. Это можно решить просто добавив к этой схеме буфферную микросхему 74HC244. Цена 20-30 р
И далее набор мелочевки:
– 4 резистора по 47 Ом
– 4 резистора по 100 Ом
– 1 резистор на 4.7 Ком
– 3 резистора на 300 Ом
– 3 кондера по 0.1u
– 3 светодиода(к,з,ж)
– 1 диод Шоттки (чтобы возможный обратный ток от прошиваемого устройства не сжег программатор и ПК)
– 1 USB type B, его еще называют принтерным
Вот и все, что надо! Мелочевка стоит в районе 50 рублей
Все компоненты я брал в обычном исполнении и smd, т.к. до конца не знал, как получится у меня работа с smd компонентами, вдруг пришлось бы собирать большой вариант.

Вот сама схема:

Принцип работы.
Программатор запитывается от USB порта. Уровни выходных сигналов программатора с помощью джампера JP1 могут быть заданы или 5-ти вольтовыми, или 3-ех вольтовыми.
Напряжение питания программатора может быть подано через разъем X2 на программируемую плату, для чего нужно замкнуть джампер JP2.
Следует иметь ввиду, что при 5-ти вольтовом питании напряжение подается с USB порта. И максимально ток, который можно получить с программатора, ограничен величиной 500 мА. Однако для такого тока микросхему FT232 нужно настроить с помощью утилиты FT Prog.
При 3-ех вольтовом питании напряжение берется с выхода внутреннего стабилизатора микросхемы FT232, максимальный ток которого равен порядка 50 мА.
Для предотвращения подачи питания на USB порт от внешнего устройства на программаторе установлен диод Шоттки (у них маленькое падение напряжения в прямом направлении). При желании диод VD1 можно заменить обычным диодом или перемычкой, но эту уже на ваш страх и риск.
Также программатор можно использовать как USB-UART преобразователь. Для этого на разъем Х2 выведены сигналы RXD, TXD и подключены светодиоды LED2, LED3. Они вспыхивают, когда происходит передача данных.
Программатор не нужно отключать от программируемой платы, потому что после программирования микросхема DD1 переводит выходные буферы в третье состояние.
Светодиод LED1 загорается, когда идет процесс программирования.
На контактную площадку JP можно вывести тактовый сигнал. Для этого требуется конфигурирование FT232 с помощью утилиты FT Prog.

Сам процесс сборки.
Сначала я распечатал схему на глянцевый листок от журнала (использовал и фотобумагу и клейкую бумагу для принтера, все не то… самый лучший эффект – это печать схемы на глянцевом журнале). Потом, после соединения глянцевого листочка с кусочком текстолита, начинаем гладить утюгом, выставив на нем максимальную температуру. Сначала я приложил утюг прям на листик, что бы он приклеился к текстолиту, подержал так секунд 10, затем сверху положил листок бумаги и начал гладить в течении 3-4 минут, затем, убрал листок бумаги и еще на несколько секунд приложил утюг и острым уголком утюга поводил по тем местам, где будут будущие дорожки для микросхем.

После этого убираем утюг, и даем плате полностью остыть. Потом окунаем на 5 минут наш текстолит с глянцевой бумажкой в теплую воду, что бы бумага намокла и отстала он текстолита, потом скатываем осторожно бумагу. Вот что получается:

Затем травим. Я травлю хлорным железом: наливаю почти горячую воду, растворяю в нем порошок, окунаю текстолит и потом наливаю в тазик горячую воду и туда окунаю плошку с хлорным железом. Чем больше концентрация раствора и температура- тем быстрее пройдет реакция.
Вот что получилось:

Затем я взял ватку с ацетоном и снял тонер, потом залудил.

И начал паять:

Собрал программатор, после чего ОБЯЗАТЕЛЬНО проверил все на наличие короткого замыкания. Вообще, т.к. я впервые работал с такой мелочью, то после каждого резистора, после каждого кондера я проверял программатор на просвет(очень хорошо видно попал ли припой на соседние дорожки) и проверял мультиметром на замыкание цепи. Итог такой- 2 раза были замыкания под резисторами…все удачно исправил.
Так же после сборки программатора не следует сразу включать его в USB порт. Убедитесь в отсутствии замыканий между землей и плюсом питания, установите джамперы в требуемое положение и только затем подключайте программатор к компьютеру.
Честно сказать- я волновался, хоть и был уверен в отсутствии КЗ.
После подключения я почувствовал нагревание платы, в районе FT232RL, а ПК выдал сообщение о подключении неизвестного устройства с неправильной работой. Я быстро отключил программатор и еще раз, внимательно просмотрел все дорожки на предмет прилипания припоя к соседним дорожкам и еще раз пропаял все выводы микросхем. После этого еще раз подключил программатор и, о чудо! , программатор определился и попросил установить дрова! Поставил дрова и в диспетчере приложения появились 2 новых устройства:

Ура! Теперь можно всерьез задуматься о работе с микросхемами!
Спасибо за внимание!

(666.9 KiB, 2,785 hits)

Уважаемые друзья и гости сайта!

Не забывайте высказывать свое мнение по конкурсным работам и принимайте участие в обсуждениях на форуме сайта. Спасибо.

Однако при изготовлении данного программатора есть одна проблема – нужно прошить контроллер, используемый в данном программаторе. Так что ищем друга, у которого есть рабочий COM- или LPT-порт в компьютере и, прикупив пивка, идём к нему (уж за такой презент он не откажет). Когда делал свой USBasp, пользовался простейшим ISP программатором – программатором Громова (Громов – разработчик Algorithm Builder). Так что расскажу как сделать USBasp с помощью него. Вначале паяем программатор Громова по следующей схеме:

Вопросы типа: «А где рисунок платы?» будут оставлены без ответа, т.к. ответ в архиве. Замечу один момент: на прошиваемый контроллер необходимо подача питающего напряжения 5 вольт (+ и -), которое можно взять с компьютерного блока питания (использовал разъем от флоппика). Для этого в плате программатора AVR предусматриваем место для подключения 2-х питающих проводов. Выглядеть будет примерно так:

Основные подготовительные операции выполнены и теперь приступаем к действиям для достижения основной цели – сборка USBasp.

Про сборку и описывать особо нечего, так как тут всё ясно. Для себя исключил из схемы перемычки Jmp1 и Jmp3, Jmp2 заменил переключателем, а вместо разъема ISP типа BH-10 поставил DB-9M. Контроллер прошивал отдельно с использованием вот такой платы:

Собранный USB программатор AVR засунул в подходящий пластмассовый корпус:

А теперь расскажу, как же все таки заставить работать USBasp. Что у нас имеется в распоряжении (весь софт в архиве):

1. программатор Громова;
2. софт под названием Uniprof;
3. программатор USBasp;
4. прошивка для контроллера USBasp;
5. драйвера для установки USBasp в системе.

На собранном USBasp ставим перемычки Jmp1 (цепь RESET) и Jmp2 (+5V), подключаем к нему программатор Громова и все это дело подключаем к COM-порту компа, не забыв подать питание 5 вольт. Запускаем Uniprof, если все собрано и подключено правильно, то должнен определиться тип прошиваемого контроллера:

Нажимаем кнопку с рисунком папки и надписью HEX и указываем путь к файлу прошивки контроллера USBasp. В итоге получаем следующее:

Осталось нажать на кнопку Prog с красной стрелкой, чтобы запустить режим прошивания. Ждем окончания заливки hex-файла. А теперь самые большие грабли – прошивка fuse-битов. В чекбоксе «Тормоз» (тот что над пивной кружкой) ставим галку (особенно актуально для шустрых системников), нажимаем кнопку «Fuse» (ала серп и молот:-D) и выставляем фьюзы как указано на картинке:

После установки галок нажимаем кнопки «Write» в каждом из байтов.

Прошили? Отлично! Снимаем перемычку J1 и втыкаем программатор в компьютер. Теперь скармливаем дрова и в системе появляется новое устройство под названием USBasp. Для прошивки контроллеров качаем avrdude, но у нее есть недостаток – она консольная. Однако добрые дяди не оставили нас в беде и сделали графическую оболочку для avrdude, называется она USBASP_AVRDUDE_PROG. При прошивке fuse-битов через avrdude галка в чекбоксе напротив бита означает 0.

Вот вроде и всё. Будут вопросы по запуску программатора - справшивайте, вместе как-нибудь разберемся.