Programator USB mikrokontrolerów ATmega - ISP
P R O J E K T Y
Programator USB
mikrokontrolerów
ATmega - ISP, część 1
AVT-524
Programatory ISP dla
mikrokontrolerÛw AVR to
temat od dawna znany
i obfitujÄ…cy w rozmaite
rozwiÄ…zania - zarÛwno
komercyjne jak i amatorskie
(jedno z moÅ‚liwych rozwiÄ…zaÒ
przedstawiamy
w Miniprojektach). Pojawia
siÍ wiÍc pytanie, czy warto
od podstaw opracowywaĘ coś
nowego? Na pewno nie ma
sensu powielanie typowego
Podczas konstruowania progra- - mikrokontroler programatora
projektu opartego np. na
matora prezentowanego w artyku- mołna wyposałyĘ w bootloader,
porcie rÛwnolegÅ‚ym LPT. Co
le nie koncentrowaÅ‚em siÍ na co pozwoli na szybkie i spraw-
w zamian? Oczywiście USB!
zapewnieniu jego maksymalnej ne wymiany wersji oprogramo-
Rekomendacje: programator prostoty i obniłeniu ceny, wał- wania za pośrednictwem tego
niejsze były jego cechy ułytkowe. samego łącza USB.
dla wymagajÄ…cych
Dlatego teł:
konstruktorÛw, przede
- komunikacja z komputerem ste- Konstrukcja programatora
wszystkim tych, ktÛrzy
rujÄ…cym jest zrealizowana za Schemat elektryczny urzÄ…dze-
korzystajÄ… z mikrokontrolerÛw
pomocÄ… Å‚Ä…cza USB, co czÍsto nia przedstawiono na rys. 1.
ATmega.
jest jedynym dostÍpnym sposo- MoÅ‚na na nim wyrÛÅ‚niĘ trzy
bem dla posiadaczy laptopÛw, podstawowe bloki funkcyjne:
- własne oprogramowanie sterują- interfejs USB, mikrokontroler
ce pozwala na dowolne mody- sterujÄ…cy oraz buforowany in-
fikacje, poprawki i rozszerzenia terfejs ISP.
a takłe na stosunkowo łatwą Połączenie z magistralą USB
integracjÍ z rozmaitymi Å›rodo- jest zrealizowane z pomocÄ… ukÅ‚a-
wiskami, du U1 - FT8U232BM - w typo-
- płytka programatora posiada op- wej aplikacji proponowanej
rÛcz buforowanego interfejsu ISP przez FTDI. PamiÍĘ U2 pozwala
wyprowadzone takłe inne inter- na wprowadzenie własnych
fejsy (I2C, SPI) oraz linie prze- identyfikatorÛw programatora.
twornika A/C, PWM itd. co Tranzystor Q3 zapewnia - zgod-
pozwala na jej wykorzystanie na nie z wymaganym standardem
rozmaite sposoby, USB - wyłączanie zasilania pro-
Programator prezentowany w artykule współpracuje ze
środowiskiem projektowym dla AVR-GCC - AVRSide (dostępne
bezpłatnie na stronie http://www.avrside.fr.pl oraz na
CD-EP8/2003B). Możliwości jego wczesnej wersji opisaliśmy
w EP1/2003).
Elektronika Praktyczna 8/2003
25
Programator USB mikrokontrolerów ATmega - ISP
Rys. 1. Schemat elektryczny programatora
Elektronika Praktyczna 8/2003
26
Programator USB mikrokontrolerów ATmega - ISP
gramatora podczas enumeracji Å›ciem OC (U4) oraz trÛjstanowego ZwrÛcmy teÅ‚ uwagÍ na sposÛb
oraz w stanie uśpienia kompu- bufora HC244 (U5). Bufor U5 oraz włączania linii RST interfejsu.
tera - hosta. pull-up y jego linii wejÅ›ciowych Sekwencja przebiega nastÍpujÄ…co:
Mikrokontroler U3 steruje in- sÄ… zasilane napiÍciem docelowego - ustawiamy programowo niski
terfejsem ISP zgodnie z komenda- systemu - zawsze wiÍc uzyskamy poziom SCK - bufor jest jeszcze
mi i danymi otrzymywanymi potrzebnÄ… zgodnośĘ poziomÛw lo- w stanie wysokiej impedancji
z dziaÅ‚ajÄ…cego na komputerze - gicznych. Inwerter U4 jest zasi- i na wyjÅ›ciu nic siÍ nie dzieje,
hoście oprogramowania. Zwraca lany dwustronnie poprzez diody - ustawiamy programowo niski
teł informacje o prawidłowym za- Schottky ego D1 i D2. Kostka poziom RST - bufor 244 zostaje
koÒczeniu kolejnych operacji lub pozostaje wiÍc ìpod napiÍciemî wÅ‚Ä…czony podajÄ…c na wyjÅ›cie
o zaistniaÅ‚ych bÅ‚Ídach. DziÍki za- niezaleÅ‚nie od chwilowego pod- SCK poziom niski, ale linia RST
stosowaniu mikrokontrolera AT- Å‚Ä…czenia zasilania - eliminuje to zostaje przestawiona z poziomu
mega 8 nie ma konieczności do- mołliwośĘ wysterowania wejśĘ wysokiego na niski dopiero po
dawania praktycznie Å‚adnych do- przy braku zasilania U4 (co ukÅ‚a- krÛtkiej chwili wynikajÄ…cej ze
datkowych peryferiÛw. Mikrokon- dy cyfrowe niezbyt lubiÄ…). Wyj- staÅ‚ej czasowej obwodu R17,
troler pracuje z wewnÍtrznym os- Å›cia typu otwarty kolektor pozwa- C12. W ten sposÛb gwarantuje-
cylatorem 8 MHz i ma wbudowa- lajÄ… na odpowiednie dopasowanie my stabilny stan niski SCK
ny ukÅ‚ad zerujÄ…cy oraz watchdog. poziomÛw logicznych (dla pozio- w chwili zakoÒczenia zerowa-
Jednocześnie dysponuje całą gamą mu niskiego 0 V, a dla poziomu nia, zgodnie z zaleceniami At-
dodatkowych sprzÍtowych inter- wysokiego Vcc - niezaleÅ‚nie od mela dotyczÄ…cymi wchodzenia
fejsÛw: I2C, SPI, wielokanaÅ‚owym jego wartoÅ›ci - oczywiÅ›cie w ra- w tryb programowania szerego-
przetwornikiem analogowo- mach mołliwości układu, czyli do wego.
cyfrowym, wyjÅ›ciami PWM. Od- 6 V). Nie ma to wiÍkszego zna-
powiednie styki wyprowadzono czenia przy zasilaniu obu ukła- Montał układu
na pÅ‚ytce, co pozwoli na ewen- dÛw jednakowym napiÍciem (czy- CaÅ‚ośĘ ukÅ‚adu zostaÅ‚a zmonto-
tualne wykorzystanie programato- li +5 V - tyle programator otrzy- wana na dwuwarstwowej płytce
ra do rÛÅ‚nych innych celÛw (kon- muje z magistrali USB). Natomiast drukowanej, ktÛrej schemat mon-
wertery USB<->I2C, USB<->SPI, przy np. 3,3 V systemu docelowe- tałowy pokazano na rys. 2. Ułyto
programatory pamiÍci szerego- go mamy nastÍpujÄ…cÄ… sytuacjÍ: gÅ‚Ûwnie elementÛw SMD, co po-
wych, przetwornik A/C do kom- - zasilanie U5 = 3,3 V, zwoliło na zachowanie niewiel-
putera itd.). ObwÛd filtrujÄ…cy L2, - wysokie poziomy logiczne na kich wymiarÛw. Wyprowadzenia
C7 zasila obwody A/C, natomiast wejÅ›ciach i wyjÅ›ciach U5 = ok. interfejsÛw moÅ‚emy wyposaÅ‚yĘ
kondensator C10 dodatkowo filt- 3,3 V, w listwy goldpin albo pozostawiĘ
ruje wewnÍtrzne napiÍcie odnie- - zasilanie U4 = ok. 4,7...4,8 V do podÅ‚Ä…czeÒ przewodami - w za-
sienia 2,56 V, ktÛre zostaÅ‚o prze- (ok. +5 V z USB pomniejszone leÅ‚noÅ›ci od potrzeb. Do poluto-
widziane do wykorzystania o spadek na diodzie Schottky wania najlepiej ułyĘ grota mini
w układzie. ego), wave, ale poniewał rastry kostek
Wyprowadzenia interfejsu SPI - wysokie poziomy logiczne na nie nalełą do najmniejszych -
tworzÄ… zarazem wejÅ›cie magistrali wejÅ›ciach U4 od strony progra- tradycyjne techniki teÅ‚ bÍdÄ… zu-
ISP pozwalającej na szeregowe matora - ok. 5 V (co jest dopusz- pełnie wystarczające.
wpisanie do mikrokontrolera pro- czalne - nie przekraczamy na- Po zlutowaniu sprawdümy do-
gramu wykonawczego oraz usta- piÍcia zadziaÅ‚ania wejÅ›ciowych kÅ‚adnie, czy nie ma zwarĘ ani
wieÒ konfiguracyjnych. wewnÍtrznych diod ochronnych przerw. Wskazane jest teÅ‚ prze-
Interfejs ISP Å‚Ä…czy linie I/O kostki), mycie pÅ‚ytki jednym z dostÍpnych
mikrokontrolera sterujÄ…cego z wej- - wysoki poziom logiczny na wej- preparatÛw chemicznych (np.
ściami ISP docelowego układu. ściu U4 od strony bufora (wy- PCC). Podłączenie do ISP proto-
Musi on speÅ‚niĘ nastÍpujÄ…ce wy- prowadzenia 12, 13) = ok. 3,3 typowego docelowego ukÅ‚adu wy-
magania: V. Jest to jedyna linia wyma- konamy według własnych potrzeb
- caÅ‚kowicie uniezaleÅ‚niĘ zespÛÅ‚ gajÄ…ca dokÅ‚adniejszego spraw- niezbyt dÅ‚ugim (najwyÅ‚ej kilkana-
urzÄ…dzeÒ od kolejnoÅ›ci wÅ‚Ä…cza- dzenia: z danych serii HC wy- Å›cie centymetrÛw) przewodem taÅ›-
nia zasilania, nika, łe przy takiej wartości mowym.
- umoÅ‚liwiĘ doÅ‚Ä…czanie ukÅ‚adu napiÍcia zasilajÄ…cego minimalne
docelowego zasilanego innym napiÍcie rozpoznawane jako po- Uruchamianie
napiÍciem, ziom wysoki wynosi nieco mniej programatora
- uaktywniaĘ linie sterujÄ…ce ISP niÅ‚ 3,3 V, mieÅ›cimy siÍ wiÍc Sam sprzÍtowy ukÅ‚ad bez skon-
tylko i wyłącznie w trakcie pro- w wymaganym zakresie. figurowania i zaprogramowania
gramowania - normalnie powin- Wynika z tego, Å‚e ukÅ‚ady z za- nie przyda siÍ nam do niczego.
ny pozostawaĘ w stanie wyso- silaniem poniÅ‚ej 3,3 V mogÄ… spra- ìOÅ‚ywianieî pÅ‚ytki przebiega
kiej impedancji nie wpływając wiaĘ problemy. Jak nisko mołna w kilku etapach. Wszystkie przed-
w Å‚aden sposÛb na dziaÅ‚anie zejśĘ - pozostaje do praktycznego stawione opisy i programy doty-
docelowego ukÅ‚adu bez koniecz- sprawdzenia (zazwyczaj rzeczy- czÄ… systemu Windows. AdaptacjÍ
noÅ›ci odÅ‚Ä…czania. wiste wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci ukÅ‚adÛw sÄ… ukÅ‚adu do innych systemÛw ope-
Zadania te zostały zrealizowa- lepsze nił gwarantowane wartości racyjnych pozostawiam inwencji
ne przy pomocy inwertera z wyj- podawane w katalogach). CzytelnikÛw.
Elektronika Praktyczna 8/2003
27
Programator USB mikrokontrolerów ATmega - ISP
WYKAZ ELEMENTÓW
Niezbędne programy (łącznie ze środowiskiem AVRSide) oraz
pliki pomocnicze publikujemy na płycie CD-EP8/2003B.
Rezystory
R1, R4, R7, R10...R12: 3,3k&! 1206
R2, R3: 27&! 0805
Etap 1 - konfiguracja wtedy dla firmowych VID oraz
R5: 1,5k&! 0805
układu interfejsu USB PID zainstalowany inny zestaw
R6: 470&! 1206
Najpierw musimy wyposaÅ‚yĘ sterownikÛw (VCP), co wyklucza
siÍ w narzÍdzia ze strony produ- jednoczesne uÅ‚ycie D2xx. Jedy- R8: 2,2k&! 1206
centa (www.ftdichip.com) - bÍ- nym wyjÅ›ciem bÍdzie wtedy skon- R9: 10k&! 0805
dzie nam potrzebny sterownik figurowanie kostki FT8U232 na
R13...16: 100k&! 1206
tzw. bezpośredni (direct driver) innym komputerze i zmiana np.
Kondensatory
D2xx (najnowsza wersja z obsłu- PID. Taki sam zmieniony PID
C1, C11: 10µF/16V 6032 tantal
gÄ… ukÅ‚adÛw w wersji BM) oraz musimy rÍcznie wpisaĘ do pliku
C2: 33nF 0805
program Ftd2xxst.exe do obsługi *.inf sterownika D2xx, aby system
C3...C5, C13: 100nF 1206
szeregowej pamiÍci EEPROM umiaÅ‚ przypisaĘ pÅ‚ytce z nowym
C6, C12: 10nF 0805
93C46. Rozpakowane pliki PID właśnie ten sterownik. Ope-
C7...C9: 100nF 1206
umieszczamy na dysku i zapa- racje ze zmianÄ… PID (VID) muszÄ…
C10: 1µF/16V 3216 tantal
miÍtujemy lokalizacjÍ. byĘ przeprowadzone z naleÅ‚ytÄ…
Półprzewodniki
starannoÅ›ciÄ… - jeÅ›li siÍ pomylimy
U1: FT8U232BM TQFP32
Instalacja sterownikÛw system w ogÛle nie bÍdzie w sta-
U2: 93C46 SO8
Teraz mołemy po raz pierwszy nie obsłułyĘ płytki (zgłaszając
U3: Atmega 8 TQFP32
podłączyĘ nasz układ do magis- tylko obecnośĘ nieznanego urzą-
U4: 74HC03 SO14
trali USB (bezpośrednio do gniaz- dzenia).
U5: 74HC244 SO20
da A komputera albo poprzez hu-
Q3: tranzystor P-MOS MMBF 2202
ba z wÅ‚asnym zasilaniem, nie Wpisy do deskryptorÛw FT8U232
PT1 SOT23
ograniczającego poboru prądu do Słuły do tego wspomniany
D1, D2: dioda uniwersalna
100 mA). powyÅ‚ej program narzÍdziowy
Schottky Minimelf
Po wÅ‚Ä…czeniu Windows wy- Ftd2xxst.exe. SposÛb jego uÅ‚ycia
Różne
Å›wietli informacjÍ o obecnoÅ›ci no- jest dokÅ‚adnie opisany w podrÍcz-
wego urzÄ…dzenia USB i poprosi niku, ktÛry w postaci elektronicz- Y1: rezonator ceramiczny 6,00
MHz CSTCC6.00MG - TC (Murata)
o podanie lokalizacji sterownika - nej publikujemy na CD-EP8/
SMD (można też powierzchniowo
odnajdujemy i zatwierdzamy loka- 2003B.
przylutować rezonator
lizacjÍ folderu z plikami (jak wy- Po wybraniu nowego pliku
przewlekany)
Å‚ej) - po chwili instalacja jest edytujemy wszystkie potrzebne
L1, L2: koralik ferrytowy
zakoÒczona. MenedÅ‚er urzÄ…dzeÒ pola:
przewlekany
w kluczu Kontrolery uniwersalnej Manufacturer = FTDI
J1: gniazdo USB typ B
magistrali szeregowej pokałe teraz Manufacturer ID = FT
listwy goldpin, przewód taśmowy
obecnośĘ urzÄ…dzenia ìFTDI Vendor ID = 0403
FT8U2XX DEVICEî. Product ID = 6001 (chyba, Å‚e
Uwaga! Sprawa moÅ‚e siÍ po- wymagana jest zmiana zgodnie
wałnie skomplikowaĘ jeśli uły- z uwagą powyłej)
wamy juÅ‚ jakiegoÅ› ukÅ‚adu z kos- Description = avr isp loader (tej Po zakoÒczeniu edycji zapa-
tkÄ… FTDI obsÅ‚ugiwanÄ… jako wirtu- pozycji uÅ‚ywa program nadrzÍdny miÍtujemy plik i programujemy
alny port szeregowy. System ma PC do lokalizacji urzÄ…dzenia, nie EEPROM. Nowe ustawienia de-
moÅ‚e byĘ wiÍc ona zmieniana, skryptorÛw bÍdÄ… uÅ‚yte po nastÍp-
chyba Å‚e rÛwnolegle z kodem pro- nej enumeracji (czyli odÅ‚Ä…czeniu
gramu). i ponownym podłączeniu płytki).
W opcjach zaawansowanych Etap 2 - konfiguracja
ustawiamy: mikrokontrolera
Plug and Play - nie ATmega 8
Fixed Serial Number - dowolnie, UÅ‚ywamy do tego dowolnego
w prototypach ustawiÅ‚em na ìtakî, posiadanego programatora ISP.
wprowadzajÄ…c rÍcznie numery Prototypy byÅ‚y konfigurowane
20000001, 20000002 itd.) z poziomu AVRSide za pośrednic-
Self Powered - nie twem optoizolowanego programa-
Remote Wakeup - nie torka RS. ZwrÛĘmy tylko uwagÍ
Max Power (mA) - 250 mA na prawidłowe podłączenie linii
(wprawdzie sam programator mieÅ›- - za pomocÄ… schematu i rysunku
ci siÍ w podstawowych 100 mA, pÅ‚ytki zlokalizujemy bez trudu
ale byĘ moÅ‚e bÍdziemy stosowaĘ wyprowadzenia interfejsu ISP.
pÅ‚ytkÍ w innym celu i przyda siÍ Mikrokontroler zastosowany
moÅ‚liwośĘ zasilenia dodatkowych w projekcie pracuje z wewnÍt-
Rys. 2. Rozmieszczenie elementów
zewnÍtrznych podzespoÅ‚Ûw). rznym oscylatorem 8 MHz. Prze-
na płytce drukowanej
Elektronika Praktyczna 8/2003
28
Programator USB mikrokontrolerów ATmega - ISP
stawiamy wiÍc fabryczne 0001 (1 Uwaga! Konfiguracja fuseíÛw nym oprogramowaniem, caÅ‚kowi-
MHz) na 0100. PozostaÅ‚ych bitÛw wymaga uwagi i starannoÅ›ci. cie dostÍpnym - moÅ‚na wiÍc przy
moÅ‚emy w naszym zastosowaniu Sprawdümy dwa razy zanim coÅ› okazji go poprawiaĘ czy rozsze-
nie zmieniaĘ. Jednocześnie naleły ostatecznie wpiszemy do mikro- rzaĘ o nowe funkcje (na razie
odczytaĘ i zanotowaĘ wartośĘ baj- kontrolera. NiektÛre bity mogÄ… uruchomione sÄ… tylko podstawo-
tu kalibracyjnego dla 8 MHz. AT- nam bowiem całkiem zablokowaĘ we operacje dla serii ATmega).
mega po zerowaniu zawsze auto- interfejs ISP, ale nawet zmiana Otrzymany po kompilacji plik
matycznie Å‚aduje do korekcyjnego ürÛdÅ‚a taktowania (inne niÅ‚ po- wynikowy avrisp.hex Å‚adujemy do
rejestru OSCCAL wartośĘ dla trzebne ustawienie CSEL) sprawi mikrokontrolera dowolnym pro-
1 MHz. Musimy wiÍc w czÍÅ›ci w zmontowanym juÅ‚ urzÄ…dzeniu gramatorem ISP. Teraz moÅ‚emy
inicjalizacyjnej programu przeÅ‚a- mnÛstwo kÅ‚opotÛw. przystÄ…piĘ do praktycznych prÛb
dowaĘ samodzielnie OSCCAL od- ale o tym za miesiąc.
czytaną powyłej wartością. Wy- Etap 3 - Jerzy Szczesiul, AVT
maga to wprawdzie przekompilo- zaprogramowanie [e-mail]
wania programu oddzielnie dla mikrokontrolera
kałdego egzemplarza urządzenia, Jak zaznaczono wyłej, naleły
co jednak na etapie testÛw i uru- wpisaĘ do programu wÅ‚aÅ›ciwÄ… dla Wzory pÅ‚ytek drukowanych w for-
chamiania (czy teÅ‚ przy skÅ‚adaniu danego egzemplarza ATmega war- macie PDF sÄ… dostÍpne w Internecie
pojedynczych płytek na własne tośĘ OSCCAL (na początku fun- pod adresem: http://www.ep.com.pl/
potrzeby) nie jest ładnym utrud- kcji main() w module u_main.c). ?pdf/sierpien03.htm oraz na płycie
nieniem. Kod dla programatora jest wol- CD-EP8/2003B w katalogu PCB.
Elektronika Praktyczna 8/2003
29