Схема USB программатора на Atmega8 своими руками

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: Выбираем папку где лежат дрова и жмем Далее 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 этой ссылке Ну вроде все, если возникнут вопросы, постараюсь ответить.

Собираем программатор для микроконтроллеров PIC и микросхем EEPROM

Какие первые шаги должен сделать радиолюбитель, решивший собрать схему на микроконтроллере? Естественно, необходима управляющая программа – «прошивка», а также программатор.

И если с первым пунктом нет проблем – готовую «прошивку» обычно выкладывают авторы схем, то вот с программатором дела обстоят сложнее.

Цена готовых USB-программаторов довольно высока и лучшим решением будет собрать его самостоятельно. Вот схема предлагаемого устройства (картинки кликабельны).

Основная часть.

Панель установки МК.

Исходная схема взята с сайта LabKit.ru с разрешения автора, за что ему большое спасибо. Это так называемый клон фирменного программатора PICkit2. Так как вариант устройства является «облегчённой» копией фирменного PICkit2, то автор назвал свою разработку PICkit-2 Lite, что подчёркивает простоту сборки такого устройства для начинающих радиолюбителей.

Что может программатор? С помощью программатора можно будет прошить большинство легкодоступных и популярных МК серии PIC (PIC16F84A, PIC16F628A, PIC12F629, PIC12F675, PIC16F877A и др.), а также микросхемы памяти EEPROM серии 24LC. Кроме этого программатор может работать в режиме USB-UART преобразователя, имеет часть функций логического анализатора. Особо важная функция, которой обладает программатор – это расчёт калибровочной константы встроенного RC-генератора некоторых МК (например, таких как PIC12F629 и PIC12F675).

Необходимые изменения.

В схеме есть некоторые изменения, которые необходимы для того, чтобы с помощью программатора PICkit-2 Lite была возможность записывать/стирать/считывать данные у микросхем памяти EEPROM серии 24Cxx.

Из изменений, которые были внесены в схему. Добавлено соединение от 6 вывода DD1 (RA4) до 21 вывода ZIF-панели. Вывод AUX используется исключительно для работы с микросхемами EEPROM-памяти 24LС (24C04, 24WC08 и аналоги). По нему передаются данные, поэтому на схеме панели программирования он помечен словом «Data». При программировании микроконтроллеров вывод AUX обычно не используется, хотя он и нужен при программировании МК в режиме LVP.

Также добавлен «подтягивающий» резистор на 2 кОм, который включается между выводом SDA и Vcc микросхем памяти.

Все эти доработки я уже делал на печатной плате, после сборки PICkit-2 Lite по исходной схеме автора.

Микросхемы памяти 24Cxx (24C08 и др.) широко используются в бытовой радиоаппаратуре, и их иногда приходится прошивать, например, при ремонте кинескопных телевизоров. В них память 24Cxx применяется для хранения настроек.

В ЖК-телевизорах применяется уже другой тип памяти (Flash-память). О том, как прошить память ЖК-телевизора я уже рассказывал. Кому интересно, загляните.

В связи с необходимостью работы с микросхемами серии 24Cxx мне и пришлось «допиливать» программатор. Травить новую печатную плату я не стал, просто добавил необходимые элементы на печатной плате. Вот что получилось.

Ядром устройства является микроконтроллер PIC18F2550-I/SP.

Это единственная микросхема в устройстве. МК PIC18F2550 необходимо «прошить». Эта простая операция у многих вызывает ступор, так как возникает так называемая проблема «курицы и яйца». Как её решил я, расскажу чуть позднее.

Список деталей для сборки программатора. В мобильной версии потяните таблицу влево (свайп влево-вправо), чтобы увидеть все её столбцы.

Теперь немного о деталях и их назначении.

Зелёный светодиод HL1 светится, когда на программатор подано питание, а красный светодиод HL2 излучает в момент передачи данных между компьютером и программатором.

Для придания устройству универсальности и надёжности используется USB-розетка XS1 типа «B» (квадратная). В компьютере же используется USB-розетка типа «А». Поэтому перепутать гнёзда соединительного кабеля невозможно. Также такое решение способствует надёжности устройства. Если кабель придёт в негодность, то его легко заменить новым не прибегая к пайке и монтажным работам.

В качестве дросселя L1 на 680 мкГн лучше применить готовый (например, типов EC24 или CECL). Но если готовое изделие найти не удастся, то дроссель можно изготовить самостоятельно. Для этого нужно намотать 250 – 300 витков провода ПЭЛ-0,1 на сердечник из феррита от дросселя типа CW68. Стоит учесть, что благодаря наличию ШИМ с обратной связью, заботиться о точности номинала индуктивности не стоит.

Напряжение для высоковольтного программирования (Vpp) от +8,5 до 14 вольт создаётся ключевым стабилизатором. В него входят элементы VT1, VD1, L1, C4, R4, R10, R11. С 12 вывода PIC18F2550 на базу VT1 поступают импульсы ШИМ. Обратная связь осуществляется делителем R10, R11.

Чтобы защитить элементы схемы от обратного напряжения с линий программирования в случае использования USB-программатора в режиме внутрисхемного программирования ICSP (In-Circuit Serial Programming) применён диод VD2. VD2 – это диод Шоттки. Его стоит подобрать с падением напряжения на P-N переходе не более 0,45 вольт. Также диод VD2 защищает элементы от обратного напряжения, когда программатор применяется в режиме USB-UART преобразования и логического анализатора.

При использовании программатора исключительно для программирования микроконтроллеров в панели (без применения ICSP), то можно исключить диод VD2 полностью (так сделано у меня) и установить вместо него перемычку.

Компактность устройству придаёт универсальная ZIF-панель (Zero Insertion Force – с нулевым усилием установки).

Благодаря ей можно «зашить» МК практически в любом корпусе DIP.

На схеме «Панель установки микроконтроллера (МК)» указано, как необходимо устанавливать микроконтроллеры с разными корпусами в панель. При установке МК следует обращать внимание на то, чтобы микроконтроллер в панели позиционируется так, чтобы ключ на микросхеме был со стороны фиксирующего рычага ZIF-панели.

Вот так нужно устанавливать 18-ти выводные микроконтроллеры (PIC16F84A, PIC16F628A и др.).

А вот так 8-ми выводные микроконтроллеры (PIC12F675, PIC12F629 и др.).

Если есть нужда прошить микроконтроллер в корпусе для поверхностного монтажа (SOIC), то можно воспользоваться переходником или просто подпаять к микроконтроллеру 5 выводов, которые обычно требуются для программирования (Vpp, Clock, Data, Vcc, GND).

Готовый рисунок печатной платы со всеми изменениями вы найдёте по ссылке в конце статьи. Открыв файл в программе Sprint Layout 5.0 можно с помощью режима «Печать» не только распечатать слой с рисунком печатных проводников, но и просмотреть позиционирование элементов на печатной плате. Обратите внимание на изолированную перемычку, которая связывает 6 вывод DD1 и 21 вывод ZIF-панели. Печатать рисунок платы необходимо в зеркальном отображении.

Изготовить печатную плату можно методом ЛУТ, а также маркером для печатных плат, с помощью цапонлака (так делал я) или «карандашным» методом.

Вот рисунок позиционирования элементов на печатной плате (кликабельно).

При монтаже первым делом необходимо запаять перемычки из медного лужёного провода, затем установить низкопрофильные элементы (резисторы, конденсаторы, кварц, штыревой разъём ISCP), затем транзисторы и запрограммированный МК. Последним шагом будет установка ZIF-панели, USB-розетки и запайка провода в изоляции (перемычки).

«Прошивка» микроконтроллера PIC18F2550.

Файл «прошивки» — PK2V023200.hex необходимо записать в память МК PIC18F2550I-SP при помощи любого программатора, который поддерживает PIC микроконтроллеры (например, Extra-PIC). Я воспользовался JDM Programmator’ом JONIC PROG и программой WinPic800.

Ссылка на файл PK2V023200.hex, запакованный в архив rar, дана в конце статьи.

Залить «прошивку» в МК PIC18F2550 можно и с помощью всё того же фирменного программатора PICkit2 или его новой версии PICkit3. Естественно, сделать это можно и самодельным PICkit-2 Lite, если кто-либо из друзей успел собрать его раньше вас:).

Также стоит знать, что «прошивка» микроконтроллера PIC18F2550-I/SP (файл PK2V023200.hex) записывается при установке программы PICkit 2 Programmer в папку вместе с файлами самой программы. Примерный путь расположения файла PK2V023200.hex  — «C:Program Files (x86)MicrochipPICkit 2 v2PK2V023200.hex». У тех, у кого на ПК установлена 32-битная версия Windows, путь расположения будет другим: «C:Program FilesMicrochipPICkit 2 v2PK2V023200.hex».

Ну, а если разрешить проблему «курицы и яйца» не удалось предложенными способами, то можно купить уже готовый программатор PICkit3 на сайте AliExpress. Там он стоит гораздо дешевле. О том, как покупать детали и электронные наборы на AliExpress я писал тут.

Обновление «прошивки» программатора.

Прогресс не стоит на месте и время от времени компания Microchip выпускает обновления для своего ПО, в том числе и для программатора PICkit2, PICkit3. Естественно, и мы можем обновить управляющую программу своего самодельного PICkit-2 Lite. Для этого понадобится программа PICkit2 Programmer. Что это такое и как пользоваться — чуть позднее. А пока пару слов о том, что нужно сделать, чтобы обновить «прошивку».

Для обновления ПО программатора необходимо замкнуть перемычку XT1 на программаторе, когда он отключен от компьютера. Затем подключить программатор к ПК и запустить PICkit2 Programmer. При замкнутой XT1 активируется режим bootloader для загрузки новой версии прошивки. Затем в PICkit2 Programmer через меню «Tools» — «Download PICkit 2 Operation System» открываем заранее подготовленный hex-файл обновлённой прошивки. Далее произойдёт процесс обновления ПО программатора.

После обновления нужно отключить программатор от ПК и снять перемычку XT1. В обычном режиме перемычка разомкнута. Узнать версию ПО программатора можно через меню «Help» — «About» в программе PICkit2 Programmer.

Это всё по техническим моментам. А теперь о софте.

Работа с программатором. Программа PICkit2 Programmer.

Для работы с USB-программатором нам потребуется установить на компьютер программу PICkit2 Programmer. Это специальная программа обладает простым интерфейсом, легко устанавливается и не требует особой настройки. Стоит отметить, что работать с программатором можно и с помощью среды разработки MPLAB IDE, но для того, чтобы прошить/стереть/считать МК достаточно простой программы – PICkit2 Programmer. Рекомендую.

После установки программы PICkit2 Programmer подключаем к компьютеру собранный USB-программатор. При этом засветится зелёный светодиод («питание»), а операционная система опознает устройство как «PICkit2 Microcontroller Programmer» и установит драйвера.

Запускаем программу PICkit2 Programmer. В окне программы должна отобразиться надпись.

Если программатор не подключен, то в окне программы отобразится страшная надпись и краткие инструкции «Что делать?» на английском.

Если же программатор подключить к компьютеру с установленным МК, то программа при запуске определить его и сообщит нам об этом в окне PICkit2 Programmer.

Поздравляю! Первый шаг сделан. А о том, как пользоваться программой PICkit2 Programmer, я рассказал в отдельной статье. Следующий шаг.

Необходимые файлы:

• Прошивка USB-программатора (PK2V023200.hex);

• Рисунок печатной платы в формате .lay;

• Программа PicKit2 Programmer;

• Руководство пользователя PICkit2 (рус.) берём здесь или здесь.

Главная &raquo Микроконтроллеры &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Микросхемы КМОП.

• RS-триггер.

В жизни любого радиолюбителя наступает момент, когда собранный своими руками программатор хочется заменить на что-то купленное и с бОльшими возможностями. Или расширить номенклатуру совместимых кристаллов. На Алиэкспресс можно найти огромный ассортимент универсальных программаторов и готовые адаптеры для установки микросхем памяти и контроллеров. В подборке будут интересные модели для AVR (ATMega/ATTiny), для PIC, STM8/STM32, для EEPROM, для Zigbee контроллеров и адаптеры.

 С другими полезными обзорами и списками выгодных покупок вы можете ознакомиться по ссылке.

 Все больше становится доступного программного обеспечения, с помощью которого можно настраивать по себя различные модули и устройства. А конкретно, CC-Debugger может использоваться для программирования и отладки систем на базе 8051, например, модулей CC2531, на базе которых производятся гаджеты для умного дома и «интернета вещей». Работает с программным обеспечением IAR и SmartRF Studio.

Хороший пример использования предыдущего отладчика CC-Debugger — это заливка адаптированной прошивки в компактный USB донгл для сети Zigbee. С помощью модифицированного Zigbee трансмиттера можно привязывать устройства в свою сеть, создавать собственные Zigbee-мосты, анализировать протоколы датчиков и так далее.

 Один из лучших программаторов для AVR — это классический  USBASP, компактный и универсальный программатор, для загрузки программного обеспечения через интерфейс ISP. В комплекте есть кабель для загрузки через ISP на 10 контактов. Подходит не только для семейства ATMEGA8, но и для новых ATMEGA128. Работает в Win7.

А это еще один вариант USB ISP программатора для AVR (семейства ATMega и ATTiny). В отличие от предыдущего имеет выбор питания кристалла (5V или 3.3V джампером), а также в два раза меньшую стоимость. Интерфейс для программирования ISP, но есть смысл воспользоваться отдельным адаптером с ISP10 на ISP6 для удобства работы с компактными отладочными платами Arduino.

Устройство представляет собой полноценный uart-мост и эмулятор последовательного порта. Предназначен для прошивки микросхем памяти (24 EEPROM и 25 SPI flash 8pin/16pin) и микроконтроллеров по spi (AVR, PIC, Singlechip STC). Подходит для восстановления флэш-памяти BIOS USB. Для работы с контроллерами Атмел используется программное обеспечение AVR CH341A или AVRDUDE

Для работы с устройствами от STMicroelectronics рекомендую использовать программатор ST LINK. По ссылке версия ST-Link V2, который подходит для чипов семейств STM8 и STM32. Удобен для загрузки встроенного программного обеспечения на контроллер прямо в составе схемы, а также для отладки работы и поиска ошибок. В комплекте есть 4-pin кабель. Цена смешная — полтора бакса.

А вот если нужен адаптер посерьезнее, то есть смысл посмотреть недорогой программатор SWD, который совместим со всеми функциями J-Link. В данной модели интерфейс упрощен до четырех линий: VCC, SWDIO, SWCLK, GND. Но, по сравнению с обычными, этот вариант быстрый и эффективный. Подключается через MicroUSB, корпуса, увы, не предусмотрено. Цена всего 2 бакса. 

Один из лучших  USB программаторов для PICmicro контроллеров и ключей KeeLOQ производства компании Microchip Technology. В лоте на выбор есть модели: PICKIT3, PICKIT2 или PICKIT 3,5. Лучше брать последние версии устройства. В комплекте идет плата расширения с ZIF-сокетом (PIC ICD2). Полный схемотехнический аналог фирменного программатора PICKIT 3 компании Microchip.

Новейшая версия универсального USB программатора EZP2019 с высокоскоростным интерфейсом SPI с большим набором адаптеров для EEPROM, клипсами и диском с программным обеспечением. Этот вариант несколько лучше дешевого программатора CH341A. Является усовершенствованной версией программаторов EZPO2010/EZP2013. В комплекте есть все необходимое для работы.

Есть еще один хороший вариант — универсальный программатор TL866II, но он не поместился в текст статьи, о нем будет позже.

Рекомендую ознакомиться с другими подборками по другим темам:

Ламповые аудиоусилители — лучшее с Алиэкспресс

10 идей для бизнеса с помощью Aliexpress: инструкция о том, как начать свое новое дело

Полезные автотовары и инструменты для каждого (с Алиэкспресс)Используемые источники:

• https://habr.com/post/128939/
• https://go-radio.ru/usb-programmator-pic-svoimi-rukami.html
• https://www.ixbt.com/live/topcompile/top-10-luchshih-programmatorov-i-debaggerov-s-aliekspress.html