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

Для программирования микроконтроллеров AVR требуется программатор. Проще всего сделать программатор для COM либо LPT. Но я работаю на ноутбуке, а в них сейчас устанавливаются только USB порты. Вот и назрела необходимость обзавестись программатором для AVR по USB. Сейчас, я скорее всего купил бы данный программатор. На ebay они стоят недорого, наверное, даже дешевле чем купить детали, сделать плату и всё спаять. Хотя если посмотреть с другой стороны, заказ с ebay будет идти по почте не меньше месяца, а собрать программатор avr usb своими руками, в силу его простоты, можно за вечер. Более того, если начинающий радиолюбитель сам соберёт программатор, то в дополнении к программатору он получит опыт, бесценный опыт, а это дорогого стоит.
Это второй мой USB программатор для AVR, первым я сделал программатор USB-asp, но он мне не очень понравился, так как иногда отваливался от моего компьютера, хотя на другом компьютере ничего подобного не наблюдалось. Я решил попробовать собрать другой программатор, и мой выбор пал на программатор AVR910. У данного программатора немного по другому реализована схема подключения по USB, и как позже оказалась, на моём компьютере всё работает очень хорошо. Я забыл о проблемах, которые у меня были с моим прошлым программатором. Описанный в данной статье программатор AVR910 является на данный момент моим основным программатором для AVR.
Схема и прошивка использованы с сайта проекта (http://prottoss.com/projects/AVR910.usb.prog/avr910_usb_programmer.htm).


Питается программатор от USB порта. Для того чтобы не требовалось согласование с уровнями линий данных USB порта (3.6В) питание микроконтроллера составляет 3.6В. Для получения из 5В в USB порте 3.6В, используется схема их двух последовательно прямо включённых кремниевых диодов. На каждом диоде падает по 0.7В, а в сумме получается 1.4В. Диоды должны быть кремниевыми, не допускается использование диодов шотки, так как на них падает меньше 0,7В. Выходы разъёма программирования подключены через резисторы на 330 Ом для согласования уровней. Работает устройство на микроконтроллере AtMega8-16 на тактовой частоте 12МГц. На схеме приведены номера выводов для микроконтроллера в DIP корпусе, хотя я отраcсировал плату под SMD корпус, который называется TQFP. Программатор имеет индикацию записи, чтения, наличия питания. Также данный программатор имеет выход, на котором всегда присутствует меандр, частотой 1 МГц. Это очень классная и полезная штука для восстановления микроконтроллеров, у которых из-за ошибочно запрограммированных Fuse битов тактирование сконфигурировано от внешнего источника тактовых импульсов. Я таким образом уже несколько раз восстанавливал микроконтроллеры. Нужно всего лишь посмотреть в даташите на конкретный микропроцессор AVR, к какому выводу подключается внешний источник тактового сигнала, и подпаять к данному выводу источник меандра. Подключить программатор, и перепрограммировать fuse. Всё очень просто, но иногда здорово выручает!
Имеющиеся варианты реализации печатных плат под программатор AVR910 не совсем меня устраивали, и я выполнил трассировку своего варианта (скачать файлы проекта можно в конце статьи).


Защитный рисунок на фольгированный стеклотекстолит нанесён при помощи лазерного принтера и утюга.


После травления получилась вот такая красота. Я не сдержался, и процарапал тонер на дорожках между ножками микросхемы. Мне не терпелось проверить получились они или нет.




Для удобства пользования я отметил назначение каждого вывода программатора AVR910. Для это я нарисовал небольшую табличку, которую напечатал на глянцевой фотобумаге и наклеил на плату программатора двусторонним скотчем.

Групповую заготовку для таблички для печати на фотобумаге размером 10х15 я положил в архив со всеми файлами к данной записи. Скачать его можно в конце данной статьи.
Прошивку для программатора можно скачать по ссылке в конце статьи.
Fuse биты устанавливаются с соответствии с рисунком ниже:


Как запрограммировать микроконтроллер AtMega8 для программатора AVR910 можно посмотреть в моём видео:

Корпус для программатора AVR910 я не смог подобрать, мне хотелось, чтобы программатор оставался маленького размера, и изначально я пользовался голой, никак не изолированной платой. Но затем я купил широкую прозрачную термоусадку и усадил в неё программатор. Что в итоге получилось вы видите на фото. По моему довольно интересно и даже симпатично.




С термоусадкой всё кажется просто, но мне было сложно сделать отверстия под штыри. Если протыкать отверстия шилом, то при усадке термоусадочная трубочка рвётся начиная от данных отверстий. Я даже испортил несколько заготовок, но у меня в конце экспериментов всё получилось. В итоге я отверстия не протыкал, а проплавлял горячим паяльником с жалом иглой. По краям платы я спаял концы термоусадочной трубки. Спаиваются они очень просто – нагреваются оба конца трубочки, затем быстро, пока они не успели остыть, зажимаются и удерживаются зажатыми до полного остывания. Получается достаточно прочный спай. Я зажимал медицинским зажимом, на термоусадке даже остались следы от насечек на его губках.
При первом подключении к компьютеру программатора AVR910 в системе появится новое устройство AVR910. Теперь необходимо установить драйвера и можно работать.
Я работал с данным программатором на 32 битных системах Windows XP и Windows 7. Всё работает очень хорошо и никаких проблем не возникает. Проблемы возникли у меня когда я попытался установить драйвера для 64 битной Windows 7. Дело в том, что этот драйвер не имеет цифровой подписи Microsoft и 64 битный Windows 7, будучи более защищенным в безопасности, блокирует все драйвера без цифровой подписи. Эту блокировку можно отключить, но это не совсем просто….. Так что имейте ввиду.
Заливаю прошивку в микроконтроллер я при помощи программы AvrOsp2. Она очень простая, не требует установки, бесплатна, поддерживает программатор AVR910 и огромное кол-во микроконтроллеров АВР, хорошо работает и имеет очень удобное меню для работы с FUSE битами. В общем, классная программка, мне она очень нравится, рекомендую! В видео ниже я показал процесс установки драйверов для AVR910, как настроить и пользоваться программой AvrOsp2.

В моей версии программатора я не установил выводной электролитический конденсатор на 22 мкФ, который устанавливается со стороны противоположной дорожкам и паяется в отверстия, которые находятся возле разъёма USB. Возможно потребуется установить дополнительный электролитический конденсатор ёмкостью 10-50мкФ параллельно впаянному керамическому конденсатору 0.1 мкФ, возле зелёного светодиода PWR. Ниже на картинке, от руки показаны места подключения.

Для работы программатора необходим микроконтроллер способный работать до 16 МГц. AVR AtMega8 выпускается в двух сериях, работающих до 8 МГц (серия L), они нам не подходят, так как проект работает от кварца на 12 МГц. Есть и обычная версия, которая работоспособна вплоть до частоты 16 МГц. Это то, что нам нужно. Ниже представлен кусочек даташита AVR AtMega8, в котором вычеркнуты версии микроконтроллеров которые не буду работать в данном программаторе, и выделены зелёной рамкой версии микроконтроллеров которые будут работать в данном проекте.

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

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.

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.

Автором данного программатора является немец Thomas Fichl, страничка его разработки со схемами, файлами печатных плат и драйверами.
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:

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