Программа для микроконтроллера пишется на любом удобном языке программирования, компилируется в бинарный файл (или файл формата intel HEX) и заливается в микроконтроллер посредством программатора.

Итак, первым шагом в освоении микроконтроллера обычно становится программатор. Ведь без программатора невозможно загнать программу в микроконтроллер и он так и останется безжизненным куском кремния.

Что же представляет из себя это устройство?
В простейшем случае программатор это девайс который связывает микроконтроллер и компьютер, позволяя с компа залить файл прошивки в память контроллера. Также нужна прошивающая программа, которая по специальному протоколу загонит данные в микроконтроллер.

Программаторы бывают разные под разные семейства контроллеров существуют свои программаторы. Впрочем, бывают и универсальные. Более того, даже ту же простейшую AVR’ку можно прошить несколькими способами:

Внутрисхемное программирование (ISP)
Самый популярный способ прошивать современные контроллеры. Внутрисхемным данный метод называется потому, что микроконтроллер в этот момент находится в схеме целевого устройства — он может быть даже наглухо туда впаян. Для нужд программатора в этом случае выделяется несколько выводов контроллера (обычно 3..5 в зависимости от контроллера).

К этим выводам подключается прошивающий шнур программатора и происходит заливка прошивки. После чего шнур отключается и контроллер начинает работу.
У AVR прошивка заливается по интерфейсу SPI и для работы программатора нужно четыре линии и питание (достаточно только земли, чтобы уравнять потенциалы земель программатора и устройства):

• MISO — данные идущие от контроллера (Master-Input/Slave-Output)
• MOSI — данные идущие в контроллер (Master-Output/Slave-Input)
• SCK — тактовые импульсы интерфейса SPI
• RESET — сигналом на RESET программатор вводит контроллер в режим программирования
• GND — земля

Сам же разъем внутрисхемного программирования представляет собой всего лишь несколько штырьков. Лишь бы на него было удобно надеть разъем. Конфигурация его может быть любой, как тебе удобней.
Однако все же есть один популярный стандарт:

Для внутрисхемной прошивки контроллеров AVR существует не один десяток разнообразных программаторов. Отличаются они в первую очередь по скорости работы и типу подключения к компьютеру (COM/LPT/USB). А также бывают безмозглыми или со своим управляющим контроллером.

Безмозглые программаторы, как правило, дешевые, очень простые в изготовлении и наладке. Но при этом обычно работают исключительно через архаичные COM или LPT порты. Которые найти в современном компьютере целая проблема. А еще требуют прямого доступа к портам, что уже в Windows XP может быть проблемой. Плюс бывает зависимость от тактовой частоты процессора компьютера.

Так что твой 3ГГЦ-овый десятиядерный монстр может пролететь, как фанера над Парижем.

Идеальный компьютер для работы с такими программаторами это какой-нибудь PIII-800Mhz с Windows98…XP.
Вот очень краткая подборка проверенных лично безмозглых программаторов:

Программаторы с управляющим контроллером лишены многих проблем безмозглых. Они без особых проблем работают через USB. А если собраны на COM порт, то без извращенских методик работы с данными — как честный COM порт. Так что адаптеры COM-USB работают на ура. И детали подобрать можно покрупней, чтобы легче было паять. Но у этих программаторов есть другая проблема — для того чтобы сделать такой программатор нужен другой программатор, чтобы прошить ему управляющий контроллер. Проблема курицы и яйца. Широко получили распространение такие программаторы как:

• AVRDOPER
• AVR910 Protoss

Внутрисхемное программирование, несмотря на все его удобства, имеет ряд ограничений.
Микроконтроллер должен быть запущен, иначе он не сможет ответить на сигнал программатора. Поэтому если неправильно выставить биты конфигурации (FUSE), например, переключить на внешний кварцевый резонатор, а сам кварц не поставить. То контроллер не сможет запуститься и прошить его внутрисхемно будет уже нельзя. По крайней мере до тех пор пока МК не будет запущен.
Также в битах конфигурации можно отключить режим внутрисхемной прошивки или преваратить вывод RESET в обычный порт ввода-вывода (это справедливо для малых МК, у которых RESET совмещен с портом). Такое действо тоже обрубает программирование по ISP.

Параллельное высоковольтное программирование
Обычно применяется на поточном производстве при массовой (сотни штук) прошивке чипов в программаторе перед запайкой их в устройство.

Параллельное программирование во много раз быстрей последовательного (ISP), но требует подачи на RESET напряжения в 12 вольт. А также для параллельной зашивки требуется уже не 3 линии данных, а восемь + линии управления. Для программирования в этом режиме микроконтроллер вставляется в панельку программатора, а после прошивки переставляется в целевое устройство.

Для радиолюбительской практики он особо не нужен, т.к. ISP программатор решает 99% насущных задач, но тем не менее параллельный программатор может пригодиться. Например, если в результате ошибочных действий были неправильно выставлены FUSE биты и был отрублен режим ISP. Параллельному программатору на настройку FUSE плевать с высокой колокольни. Плюс некоторые старые модели микроконтроллеров могут прошиваться только высоковольтным программатором.
Из параллельных программаторов для AVR на ум приходит только:

• HVProg от ElmChan
• Paraprog
• DerHammer

А также есть универсальные вроде TurboProg 6, BeeProg, ChipProg++, Fiton которые могут прошивать огромное количество разных микроконтроллеров, но и стоят неслабо. Тысяч по 10-15. Нужны в основном только ремонтникам, т.к. когда не знаешь что тебе завтра притащат на ремонт надо быть готовым ко всему.

Прошивка через JTAG
Вообще JTAG это . Он позволяет пошагово выполнять твою программу прям в кристалле. Но с его помощью можно и программу прошить, или FUSE биты вставить. К сожалению JTAG доступен далеко не во всех микроконтроллерах, только в старших моделях в 40ногих микроконтроллерах. Начиная с Atmega16.

Компания AVR продает фирменный комплект JTAG ICEII для работы с микроконтроллерами по JTAG, но стоит он (как и любой профессиональный инструмент) недешево. Около 10-15тыр. Также есть первая модель JTAG ICE. Ее можно легко изготовить самому, а еще она встроена в мою демоплату .

Прошивка через Bootloader
Многие микроконтроллеры AVR имеют режим самопрошивки. Т.е. в микроконтроллер изначально, любым указанным выше способом, зашивается спец программка — bootloader. Дальше для перешивки программатор не нужен. Достаточно выполнить сброс микроконтроллера и подать ему специальный сигнал. После чего он входит в режим программирования и через обычный последовательный интерфейс в него заливается прошивка. Подробней описано в .
Достоинство этого метода еще и в том, что работая через бутлоадер очень сложно закосячить микроконтроллер настолько, что он не будет отвечать вообще. Т.к. настройки FUSE для бутлоадера недоступны.

Бутлоадер также прошит по умолчанию в главный контроллер демоплаты чтобы облегчить и обезопасить первые шаги на пути освоения микроконтроллеров.

Pinboard II
Прошивка AVR с помощью демоплаты Pinboard II (для Pinboard 1.1 все похоже)

В моём случае это абсолютный рекордсмен по скорости доставки - около 5 месяцев беспечного блуждания непонятно где. Несмотря на чудовищную задержку по времени, пакет я всё-таки получил, чему несказанно рад, не взирая на недочёты, о коих поведаю ниже. Поскольку у меня весьма плохая память, то нужно было объединить найденную полезную информацию где-то в одном месте в виде памятки, собирать её по крупицам в разных закоулках сети оказалось делом нетривиальным, поэтому оформлю всё это отдельным постом.
USB ISP - самый дешёвый программатор контроллеров AVR, что можно найти в продаже, брался для расширения кругозора и более углубленного изучения AVR.
Обзор в себя включает: описание программатора, как его подключить к чипу, настройку его работы в программах AvrDude Prog, Khazama, Atmel Studio 7, и не только это.

Конечно вместо него можно использовать Arduino UNO с прошитым в него скетчем ArduinoISP, но это не удобно, возня с проводами, особенно если UNO всего одна, отбивает энтузиазм. Проще было заиметь отдельно такой программатор, точнее два. По двум причинам:
1) Ещё перед покупкой уже из отзывов было понятно, что качество пайки этих устройств страдает, а некоторым ещё и с расколотыми стабилитронами они приходили. Решено было подстраховаться, заказав два.
2) Один программатор к тому же можно шить другим, переставив перемычку на ведомом устройстве.

Технические характеристики

Поддерживаемые ОС: Windows, MacOS, Linux
Процессор: Atmega8A
Интерфейс подключения к ПК: USB
Интерфейс программирования: ISP (внутрисхемное)
Напряжение программирования: 5В или 3.3В (в зависимости от положения перемычки JP2)
Частота программирования: 375кГц (по умолчанию) и 8кГц (при замкнутой перемычке JP3)
Поддерживаемые контроллеры: все AVR с интерфейсом SPI
Описание:

Список поддерживаемых микроконтроллеров

ATmega серия

ATmega8 ATmega48 ATmega88 ATmega168 ATmega328
ATmega103 ATmega128 ATmega1280 ATmega1281 ATmega16
ATmega161 ATmega162 ATmega163 ATmega164 ATmega169
ATmega2560 ATmega2561 ATmega32 ATmega324 ATmega329
ATmega3290 ATmega640 ATmega644 ATMEGA64 ATmega649
ATmega6490 ATmega8515 ATmega8535

Tiny серия

ATtiny12 ATtiny13 ATtiny15 ATtiny26 ATTINY25
ATtiny45 Attiny85 ATtiny2313

Серия Classic

AT90S1200 AT90S2313 AT90S2333 AT90S2343 AT90S4414
AT90S4433 AT90S4434 AT90S8515
AT90S8535

CAN серия

AT90CAN128

PWM серия

AT90PWM2 AT90PWM3

Внешний вид

Комплект поставки минимальный - программатор + шлейф без резинки. В моём случае в удвоенном количестве.

Культура исполнения и вправду хромает, мне в глаза сразу бросились криво припаянные гребёнки. Везде где только можно - имеются следы флюса, причём с окислами, по всей видимости, программаторы давно валялись на складе, а сборка их производилась с присущей китайцам быстротой.

Некоторые отверстия не целиком заполнены припоем

SMD-элементы тоже криво припаяны

Гребёнку чуть позже выровнял, уж больно неприятно на такую раскосую смотреть, элементы пропаял, а плату затем отмыл

Размеры платы несколько больше USB-TTL-конвертера на CP2102

Длина шлейфа около 30см, бытует мнение, что чем короче шлейф, тем лучше. Некоторые его специально укорачивают. Если заказать оригинальный USBASP - там комплектный шлейф уже 50см.

Органы управления на плате

На плате имеются три перемычки, задающие разные режимы работы программатора:

JP1 - замыкается в случае обновления прошивки самого программатора
JP2 - тройная перемычка, здесь выбирается, какое напряжение будет подаваться на прошиваемый микроконтроллер, либо 5В (левое положение) и 3.3В (правое положение)
JP3 - если её замкнуть, то программирование контроллера будет происходить с пониженной частотой, однако китайцы не стали сюда впаивать гребёнку, т.к. на данной прошивке она не требуется

Программатор, как можно заметить, построен на базе Atmega8 с кварцем на 12МГц. Самый правый верхний элемент, подписанный F1, с перевёрнутой цифрой 4 - самовосстанавливающийся предохранитель, защищает USB-порт ПК/ноутбука, если на прошиваемой плате вдруг произошло короткое замыкание. Под перемычкой JP2 находится LDO-стабилизатор 662К , понижающий напряжение с 5В до 3.3В, если перемычка установлена в правое положение.

Установка драйверов

Чтобы начать пользоваться программатором, необходимо сперва поставить на него драйвера. Вставляю любой программатор в USB-порт ПК, звучит сигнал о новом оборудовании, на самом девайсе горит светодиод, но автоматического поиска драйверов не происходит.

примечание. перед установкой драйвера необходимо отключить проверку цифровой подписи в Windows

1) Скачать , распаковать в удобное место.
2) Зайти в «Диспетчер устройств», например навести курсор на главную кнопку (Win10), нажать ПКМ и выбрать пункт «Диспетчер устройств».

3) В ветке «Другие устройства» можно увидеть неопознанное устройство USBASP с оранжевым треугольничком - > навести на него курсор, нажать ПКМ -> «Обновить драйверы...»

4) Указать путь до раннее распакованной папки с драйверами - «libusb_1.2.4.0», нажать «ОК»

5) «Всё равно установить этот драйвер»

6) Готово, теперь оранжевый треугольничек пропал, драйвера поставлены

Прошивка собрата

Мне уже было известно до этого, что китайцы продают эти программаторы с не самой свежей прошивкой. Решил сперва обновить прошивку на одном из них, а затем ради интереса сравнить оба программатора в работе. Для этого соединяю шлейфом оба устройства, на ведущем (который вставляю в USB-порт) никакие перемычки не трогаются, а на ведомом программаторе (на котором будем обновлять прошивку) я переставил перемычку с JP2 на JP1 :

Захожу в программу Khazama AVR Programmer, выбираю из выпадающего списка ATmega8 и сперва считаю Flash-память через пункт меню «Command» -> «Read FLASH to Buffer», чтобы cохранить китайскую заводскую прошивку у себя. На всякий случай.

При этом периодически будет выпадать такая ошибка, закрыв окно, программа продолжит работу.

Идёт считывание, которое завершается всплывающим окном об успешном считывании FLASH-памяти в буфер

Теперь нужно сохранить содержимое буфера: «File» -> «Save FLASH Buffer As...». Выбрать удобное место, куда старая прошивка сохранится, дать имя (я например её назвал firmware_1) и дописать расширение *.hex - если его не писать, то она сохранится как просто файл без расширения.

Скачиваю прошивку для программатора с странички, архив usbasp.2011-05-28.tar.gz (в этом же архиве есть драйвера для Windows, распаковываю содержимое в удобное место.
Тем временем в Khazama загружу скачанную прошивку в буфер. «File» -> «Load FLASH File to Buffer». Выбираю прошивку, где в названии написано atmega8, поскольку прошиваемый программатор на этом чипе.

Как видно, здесь три прошивки - для Atmega8, 48 и 88. В нашем случае Atmega 8 - её и выбираю.

Прошиваю. «Command» -> «Write FLASH File to Buffer». Снова возникает ошибка, но после идёт процесс, завершающийся успехом.

Поскольку в обычном понимании «запрограммировать» означает выставить 1, то при работе со фьюзами всё ровно наоборот, от чего возникает путаница и в этом случае можно по неосторожности заблокировать контроллер и прошить потом его будет уже нельзя. Программа Khazama AVR Programmer удобна просмотром фьюз-битов - там наглядно видно и расписано , какие из них установлены, а какие нет.

Находятся они по пути «Command» -> «Fuses and Lock Bits...», откроется окно:

Где по нажатии кнопки «Read All» считаются фьюз- и лок-биты, а пресловутая ошибка успеет вылезти аж 5 раз подряд. Ошибки сыпятся именно на заводской китайской прошивке. Но если вставить в USB-порт недавно прошитый программатор, прошивкой скаченной по ссылке выше, то этих ошибок вылазить уже не будет, однако баги вылезут в другом месте, но о них позже.

Связь с платой Pro Mini (Atmega 168, 3.3V/8MHz)

В этом случае выводы программатора соединяются с выводами платы Pro Mini, как проиллюстрировано на схематичном рисунке ниже. Перемычки не переставляются, т.е. остаётся в положении 5В.
Несмотря на то, что плата Pro Mini подписана как 3.3В, на 168-ю Атмегу можно подавать и 5В. Стабилизатор AMS1117 на 3.3В кстати вообще выпаян из платы.

AVRDUDE PROG 3.3
Консольная программа для прошивки микросхем, своего графического интерфейса не имеет, в стоке работает из командной строки, но энтузиастами было написано немало оболочек на неё, для удобства работы с ней. Одна из таких оболочек называется AVRDUDE PROG, созданная русскоязычными разработчиками. Эта оболочка, на мой взгляд удобна как раз для Flash-перепрошивки МК. После её запуска выбирается контроллер, в данном случае Atmega168 и тип программатора - USBasp. После чего можно заниматься записью/считыванием памяти. Что на заводской прошивке, что на новой - в обоих случаях никаких проблем с общением с Atmega168 не возникло. Прошил ради интереса ардуиновский стандартный blink-скетч, экспортированный в бинарный HEX-файл. Всё гладко.

Khazama AVR Programmer
Здесь достаточно выбрать микроконтроллер из выпадающего списка и можно уже работать с памятью/битами.
Однако если на самом программаторе установлена заводская прошивка, периодически будут сыпаться ошибки, о чём выше уже было упомянуто, на новой прошивке - данных ошибок уже нет.

Связь с контроллером ATtiny13A в корпусе SOIC8

Соединение согласно схеме ниже. Но тут всё немного интереснее.

Поскольку голый чип в SMD-корпусе SOIC8, в данном случае я поместил его в переходник SOIC8-DIP8 для удобства соединения с программатором в дальнейшем. Обзор на этот переходник можно почитать .

AVRDUDE PROG 3.3
Тут выбирается из списка одноимённый контроллер, программатор USBasp и, если программатор прошит заводской китайской прошивкой, то все операции проходят ровно и гладко. Однако стоит заменить программатор на другой, с обновлённой прошивкой, то при любой операции возникает ошибка.

Появляется она из-за того, что ни программа, ни программатор не могут автоматически перейти в режим медленного программирования, необходимый для ATtiny13. Но есть как минимум два выхода:
1) Железный: замкнуть перемычку JP3

2) Программный: отредактировать файл «programm.ini» в папке с программой AVRDUDE PROG 3.3


Внести туда четыре строчки кода и сохранить. (взято )
progisp=jtag2pdiportprog=COM1portenabled=1 progisp=Usbasp -B 3 portprog=usb portenabled=0

Примечание. Здесь применён ключ "-B", который и занимается переводом программатора на пониженную частоту программирования. Значение «3» - время в микросекундах

После этого снова запустить AVRDUDE PROG 3.3 и в выпадающем списке программаторов выбрать UsbaspSpeed. Теперь работа с ATtiny13 на программаторе с новой прошивкой будет уже без ошибок, а перемычку JP3 замыкать больше не потребуется в этом случае.

Khazama AVR Programmer
Выбирается контроллер из списка и почти та же ситуация.

Программатор с заводской прошивкой нормально работает с ATtiny13, если не считать постоянно появляющихся окон с ошибкой, о чём раннее уже рассказывал.
Но с программатором на новой прошивке уже появляется иная ошибка с невозможностью прочесть сигнатуру (цифровую подпись) контроллера.

Но стоит замкнуть перемычку JP3 , и можно спокойно работать

Или просто задать частоту работы из выпадающего списка по пути «Command» -> «Programm Options», я выставил частоту 187.5кГц.

Примечание. Частота программирования должна быть меньше тактовой частоты прошиваемой микросхемы не менее, чем в 4 раза. Но если посмотреть на считанные с ATtiny13 фьюзы, то на последней строчке Int.Rc.Osc. указано 9.6МГц.
Как минимум, у новичка возникнет вопрос - почему на выставленных в KHazame 1.5МГц - появляется та же ошибка? А также почему, если в AtmelStudio написать например код мигания светодиода с частотой раз в секунду и в макросе прописать:
#define f_cpu 9600000 то загрузив код на Attiny13, светодиод будет мигать очень медленно?
- посмотрим на предпоследнюю строчку, где Divide Clock by 8 Internally - это включенный предделитель частоты, который делит эти 9.6МГц на 8, и поэтому реальная частота чипа здесь - 1.2МГц. Поэтому при выборе частоты 187.5кГц или меньше, ошибки исчезают и можно работать нормально с контроллером.

Примечание 2. Способ с выбором частоты в KHazame по скорости работы в несколько раз выигрывает у метода с физическим замыканием перемычки JP3, потому как в последнем случае частота понижается до 8кГц.

Интеграция программатора в Atmel Studio 7

Atmel Studio - среда разработки от фирмы Atmel, но напрямую работать с USBASP, тем более китайским, она не может. Однако благодаря той же программе AVRDUDE, входящий в состав пакета AVRDUDE PROG 3.3, которая будет играть здесь роль посредника, можно соорудить «костыль», а уже в самой среде затем добавить возможность прошивать МК, подключенный через USBASP.

Сперва нужно запустить среду, предполагается, что некий код у нас уже написан и собран. В моём примере это простая мигалка светодиодом - Blink.

На верхней панели инструментов выбрать «Tools» - «External Tools...»

Откроется небольшое окно, нажать «Add»

В самом верхнем поле «Title:» ввести любое удобное название, я написал «Atmega168», т.к. та конфигурация, что приведу чуть ниже относится конкретно к этому контроллеру, и для любого другого контроллера она настраивается индивидуально.
В большом поле наверху, название инструмента будет автоматически продублировано.

Вторая строка, поле «Command:» - здесь нужно указать путь до файла «avrdude.exe», который находится в папке с вышерассмотренной программой

Третья строка, поле «Arguments:» необходимо ввести собственно саму конфигурацию

Конфигурация для Atmega168

P m168 -c usbasp -P usb -U flash:w:$(ProjectDir)Debug\$(TargetName).hex:a
-p - наименование контроллера
-с - какой программатор
-P - порт, через который будет заливаться прошивка
-U - какая операция с какой памятью будет производится (в данном случае запись во Flash)
Если нужно настроить для другого МК, то параметр «m168» нужно изменить на соответствующий контроллер, который будет прошиваться. Например «m8» для Atmega8 или «m328p», если Atmega328p. Параметры для других МК смотрите - также там найдёте описания ключей AVRDUDE.

Конфигурация для ATtiny13

После заполнения полей нажать «Apply» и «ОК». Окно закроется

Теперь, если снова кликнуть по «Tools», там появится только что созданный инструмент. И по нажатии по нему откомпилированный код будет автоматически прошит в контроллер.

Но эта операция происходит в два клика, что не очень удобно. Надо вынести этот инструмент на главную панель инструментов, чтобы он был всегда на виду.
Для этого нужно снова зайти в «Tools», затем кликнуть по пункту «Customize...»
Откроется следующее окно:

Перейти во вкладку «Commands» - нажать кнопку «Add Command...»

Ещё одно окно появится. В нём - в левой колонке выбрать «Tools», а в правой колонке выделить «External Command 1». Нажать «OK»

«External Command 1» окажется наверху списка, и, обратите внимание на саму панель инструментов - в интерфейсе появился пункт «Atmega168».

Но как мне кажется, место ему отведено не совсем удачное, желательно его сдвинуть вправо, для этого нажимается кнопка «Move Down» (одно нажатие = сдвиг на одну позицию вправо). После этого можно закрывать окно по кнопке «Close» и шить чип прямо из студии в один клик через обозреваемый программатор.

При перепрошивке чипа таким методом, на секунду появляется консольное окно AVRDUDE. Но может возникнуть необходимость как-то сохранить этот лог для дальнейшего его просмотра - тогда в окне «External tools» нужно поставить галку на «Use Output window».

И теперь лог будет отображаться в окне вывода, что внизу программы ATmel Studio 7. Данная галка может задаваться отдельно для каждого добавленного в «External tools» контроллера.

Дополнение по фьюзам программатора

Из документа READMI, идущего в комплекте с драйверами и прошивкой для USBASP, позже выяснилось, что разработчик рекомендует выставить определённую конфигурацию фьюз-битов, определяющих работу внешнего резонатора.
Минусом khazam"ы является то, что в окне со фьюзами не отображаются HEX-значения выставленных битов. Это уже можно посмотреть в AVRDUDE PROG. Заводские фьюзы, выставленные китайцами, выглядят так (обязательно поставить точку «инверсные» - выделил синим прямоугольником ):

Это нужно снять две галки с «BODEN» и «SUT1» (выделено красным овалом),
поставить две галки на «CKOPT» и «SUT0» (выделено зелёным прямоугольником),
справа в колонке при этом будут отображаться HEX-значения изменённых битов (выделено жирным красным прямоугольником): Lock Byte: 3F , Fuse High Byte: C9 , Fuse Low Byte: EF .

Если всё сходится, можно нажимать «программирование»

ВНИМАНИЕ. Злой фьюз-бит RSTDISBL - не трогать ни в коем случае, иначе его установка заблокирует контроллер и прошить потом через USBASP его уже будет нельзя.

_____________________________________

Выводы

Опробовано, работает. Если khazam не планируется использовать, то в обновлении прошивки для программатора - смысла нет, благо и так прекрасно работает, причём в случае с ATtiny13 никаких правок и перемычек вносить не требуется. Последняя прошивка - почему-то оказалась более капризна в этом плане. Единственное, после получения, плату надо пропаять и отмыть.

Список ссылок

22 сентября 2011 в 20:11

Миниатюрный USB программатор для AVR микроконтроллеров

• Программирование 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

Хочу описать опыт по программированию микроконтроллера семейства ATTiny используя в качестве программатора уже полюбившуюся мне Arduino UNO (да-да, она и такое умеет) и среду разработки Arduino IDE .

Никаких плясок с avrdude и другими сложными штуками - это я гарантирую.

Единственное что, если решите как и я использовать микроконтроллер в SOIC корпусе как и я - понадобится переходник из моего .

Минутка истории

Пол года назад закупая очередную мелочевку на радиорынке я решил купить себе микроконтроллер с мыслью о том, что может быть, когда-нибудь, в лучшие времена я соберусь с мыслями и выйду за пределы Arduino как единственного решения.
Мне не хотелось брать что-то большое и мощное, а скорее наоборот - искал что-то очень простое. Одним из таких решений были микроконтроллеры семейства ATtiny. Поспрашивав у продавцов мне удалось найти . Одна проблема - она была только в SOIC корпусе, штука очень мелкая.

Я решил была не была и все равно купил себе одну штучку, просто попробовать. При цене в 2,5$ - это не было большим вложением.
Ну, вот прошло время и заскучав я решил попробовать запрограммировать эту кроху.

Как я уже говорил в моем случае мне попалась ATtiny85, а если быть совсем уж точным, то ATTiny85-20SU. Характеристики у микроконтроллера следующие:

• CPU: AVR 8 бит
• Напряжение питания: от 4.5 до 5.5 В
• Flash: 8 КБайт
• EEPROM: 512 Байт
• RAM: 512 Байт

Всего у этой малышки 8-мь ножек. Две отведены на питание, а остальные шесть могут быть использованы нами как входы, так и как выходы. Причем на двух мы можем получить ШИМ, и до четырех из них может быть использовано в качестве аналоговых входов (как A0-A5 в Arduino).
С другой стороны - это конечно не так и много, но что-то сделать все же можно.
Распиновка у чипа следующая

Понадобится

В этот раз все достаточно безобидно:

• Arduino UNO
• ATTiny (если в SOIC корпусе, то еще и )
• Макетная плата
• Проводки
• Конденсатор на 10мкФ 16В
• Светодиод и резистор на 220Ом (если захотите полностью повторить мой опыт, то два резистора и два светодиода, но это скорее для менее скучного видео я сделал)

Все достаточно обыденно и если вы уже пробовали что-то делать, то скорее всего у вас уже где-то все это завалялось.

Подготовим Arduino IDE

Для того, чтобы наша IDE узнала о существовании новых чипов необходимо провести пару нехитрых манипуляций. Для начала нам необходимо скачать один маленький zip файл отсюда http://code.google.com/p/arduino-tiny/ - Google Code группа которая занимается сбором информации под разные чипы семейства ATtiny, за что им огромное спасибо.
На момент написания последним набором был arduino-tiny-0100-0015.zip (на всякий случай скопировал его себе, если что-то случится с группой, то качаем ).
Теперь необходимо посмотреть где наша IDE прячет от нас скетчбут. Для этого откроем File - Preserences

И там посмотрим поле Sketchbook Location и скопируем его себе.

Перейдем в эту папку и создадим там подкаталог с названием "hardware ". После этого скопируем в только что созданный каталог папку из скачанного ранее архива (arduino-tiny-0100-0015.zip) под названием tiny со всем её содержимым.
Перезагрузим IDE.
После этого в разделе Tools - Board у вас должно появится сразу несколько ATTiny . Пока что ничего не выбираем в этом списке. Значение должно быть установлено в Arduino UNO, если у вас выбрано что-то другое - поменяйте.

Arduino UNO превращается... В элегантный ISP программатор...

Небольшой ликбез . ISP (In-system programming) - это способность микроконтроллера получать прошивку находясь уже непосредственно в собранной схеме. Другими словами, несмотря на то, что к микроконтроллеру могут быть уже подключены всякие там светодиоды и кнопки, мы все еще будем иметь возможность залить на него новую прошивку.

Программатором (устройством передающим прошивку от компьютера в контроллер) в нашем случае будет выступать Arduino UNO. Чтобы Arduino стала ISP программатором на нее необходимо залить специальную прошивку. Эта прошивка поставляется вместе с Arduino IDE.

Итак, еще без какой-либо периферии Arduino подключаем к компьютеру и загружаем Arduino IDE .

Выбираем File - Examples - ArduinoISP

Внимание! Если у вас Arduino IDE версии 1.0 , то в полученный код необходимо будет внести изменения, а конкретно в функции heartbeat() найти строчку "delay(40); " и заменить её на "delay(20); ". Это известный баг. В Arduino IDE версии 1.0.1 (последней на момент написания статьи) эта проблема уже исправлена и ничего менять не нужно.

Нажимаем кнопку Upload и ждем, пока прошивка не попадет на Arduino. Поздравляю, у вас есть ISP-программатор.

Соберем схему

Для того, чтобы залить код в нашу ATtiny нужно собрать несложную схемку. На картинке я нарисовал вариант с микросхемой в DIP корпусе - так немного нагляднее, но нужно понимать, что разницы с SOIC+переходник никакой.

На первой схеме изображено только соединение с программатором (этого достаточно, чтобы залить код на микроконтроллер, но недостаточно для демонстрации работы), на второй - пример с двумя светодиодами (мне показалось что чтобы хоть как-то развеселить схему, два светодиода + ШИМ будет то, что надо, заодно чуть больше раскрываются возможности).

Особое внимание стоит уделить пожалуй лишь конденсатору между reset и GND на нашей Arduino. Это необходимо чтобы препятствовать программному сбросу контроллера после заливки в него прошивки предназначающейся для нашей ATtiny который автоматически вызывается каждый раз.
Вот что получилось у меня.

Пишем код

Практически все готово, осталось только написать очень простенькую прошивку для нашей ATTiny. Открываем Arduino IDE и пишем

Int led1 = 0 ; int led2 = 1 ; void setup() { pinMode(led1, OUTPUT); pinMode(led2, OUTPUT); } void loop() { analogWrite(led1,64 ); delay(500 ); analogWrite(led1,128 ); delay(500 ); analogWrite(led1,255 ); delay(500 ); digitalWrite(led1,LOW); analogWrite(led2,64 ); delay(500 ); analogWrite(led2,128 ); delay(500 ); analogWrite(led2,255 ); delay(500 ); digitalWrite(led2,LOW); digitalWrite(led2, HIGH); delay(100 ); digitalWrite(led2, LOW); delay(500 ); }

Код очень простой, в начале включает светодиод на нулевой ножке (соответсвует PB0 в разпиновке) в три этапа, каждый раз увеличивая значение в analogWrite(...) , что вызывает увеличение яркости свечения диода, потом гасит его и проделаывает то же самое на первой ножке (PB1). Именно эти выходы способны работать как ШИМ, что и демонстрируется в примере.
Осталось поменять значение в Tools - Board в новое, которое будет соответствовать вашей ATtiny и припиской @ 1 MHz (возможно еще какие-то слова после, нас они сильно не интересуют сейчас). В моем случае это ATTiny85 @ 1 MHz (internal oscilliator; BOD disabled)

Осталось изменить тип программатора на Arduino as ISP , сделать это можно выбрав Tools - Programmer соответствующий пункт.

Нажимает кнопку Upload.
Скорее всего в консоли Arduino IDE вы увидите пару ругательств.

avrdude: please define PAGEL and BS2 signals in the configuration file for part ATtiny85

Да, признаю, слукавил, мы все же пользовались avrdude, только все за нас делала Arduino IDE, так что думаю вы не в обиде.
Ну и презентация работающей версии, конечно.

Микроконтроллер относится к программируемому типу микросхем, на основе которого можно собрать схему какого либо автоматического устройства. Такое устройство может представлять собой простейшую схему с мигающим светодиодом, или автомат, выполняющий сложные вычисления и управляющий другими устройствами. Основной элемент в обоих случаях может быть одним и тем же микроконтроллером, разница будет состоять лишь в записанной в него программе.
Доступность микроконтроллеров и простота составления своих собственных программ для них, делает микроконтроллеры очень заманчивым для сборки разнообразнейших схем. Раньше, для изменения функций устройства, построенного на обычных логических микросхемах, требовалось изменять саму схему, выпаивать и впаивать детали, а теперь конструкцию на микроконтроллере обычно достаточно лишь перепрограммировать. Отчасти как раз из-за этой простоты изменения функций, микроконтроллеры быстро вытеснили устройства, построенных на множестве логических элементах.
Программы для микроконтроллеров могут быть написанны на различных языках программирования с использованием специальных компьютерных программ. Написанная и преобразованная (откомпилированная) программа переносится в микроконтроллер с помощью программатора.
Программатором называют электронное устройство, к которому подключается микроконтроллер, а так же программатор - это компьютерная программа, управляющая процессом переноса подготовленной программы из компьютера в микроконтроллер.
Конструкцию с микроконтроллером, в который прошивается прошивка, называют целевой конструкцией или целевой схемой.

Определить, какое именно значение слов "программатор" или "прошивка" употребляется, можно обычно из контекста. Далее мы убедимся, что это не так сложно.

Большинство программ-программаторов могут быть настроены для работы с разными схемами программаторов-адаптеров. Программатор-адаптер подключается к компьютеру через какой либо порт ввода-вывода. В настоящее время существуют три наиболее распространённых возможности подключения программатора к компьютеру по какому либо порту:

В течении последних лет параллельный порт принтера LPT и последовательный COM-порт были вытеснены USB-портом. Тем не менее всё ещё имеются в продаже отдельные платы расширения для LPT- и/или COM-порта. Такие карты ("мультипортовки") можно дополнительно установить в уже имеюшийся компьютер, но дополнить ноутбук COM- или LPT-портом нельзя или крайне сложно.

Рис. 1. USB-COM адаптер.

Вместе с тем практически на всех современных компьютерах и ноутбуках имеется хотя бы один USB-порт, а так же распространены недорогие адаптеры USB-COM, которые позволяют создавать на компьютере с USB-портом недостающий COM-порт.

Часто схемы программаторов для USB-порта достаточно сложны для повторения начинающими электронщиками, и нередко содержат микроконтроллер, который тоже необходимо сначала каким то образом прошить, можно посоветовать несложную схему программатора, подключаемого к компьютеру на COM-порт или на USB через адаптер USB-COM. Через существующие адаптеры USB-LPT прошить микроконтроллер не удасться, так как эти адаптеры "эмулируют" не LPT порт, а лишь управляют работой с принтером.
Нужно предупредить, что программа в микроконтроллер через USB-COM-адаптер загружается в десятки раз до льше, чем через "нормальный" COM-порт и с этим придётся мириться.

Пожалуй, большинство начинающих выбирает восьмибитные AVR-микроконтроллеры RISC архитектуры фирмы ATMEL из-за их гибкости, хорошо описанных примеров применения и невысокой цены. Эти микроконтроллеры, как и множество других, могут быть запрограммированны через ISP-интерфейс.

ISP-интерфейс состоит из пяти проводников: MOSI, MISO, SCK, RESET и GND. Подключение ISP-программатора позволяет программировать микроконтроллеры, (в большинстве случаев) не извлекая сам микроконтроллер из схемы.

Среди радиолюбителей распространнено много схем-программаторов для последовательного COM-порта. Многие из них собраны на нескольких транзисторах и стабилитронах , и даже на нескольких резисторах . Достоинством таких схем является их простота, но они имеют и важный недостаток. Дело в том, что стандат RS-232 допускает отклонения уровней напряжения на выводах COM-порта, причём эти отклонения у разных производителей компьютеров могут сильно меняться, всё же оставаясь при этом в разрешённых пределах. Поэтому такая простая схема, работающая на одном компьютере, может работать с перебоями на другом или не работать совсем. Очень неудобно и то, что программатор, собранный по простейшей схеме, необходимо каждый раз подключать и отключать от целевой конструкции на время сеанса прошивки.

Вышеперечисленных недостатков лишина схема на Рис. 2. Это программатор для последовательного COM-порта всего на двух распространённых микросхемах: микросхемы RS232 -драйвера MAX232 (или аналога) и логической микросхемы 74LS240 (отечественный аналог К555АП3).
Микросхема MAX232 представляет собой широкораспространённый четырёхканальный драйвер (преобразователь уровня) интерфейса RS-232 (примерно от минус 12 до плюс 12 вольт) к уровням CMOS/TTL (уровень 5-вольтовой логики). Микросхема 74LS240 является сдвоенным инвертирующим буфером четырёх линий с разрешением выхода.

Рис. 2. Схема myPROGGER.

Программатор, собранный по этой схеме обладает следующими достоинствами.