[Programowanie] O programatorach dla AVRów słów kilka...

[Grzesieq94]

Widząc ostatnio mnogość pytań o programatory dla mikrokontrolerów AVR, a w szczególności sterowników do nich, postanowiłem napisać jeden temat w którym spróbuję zawrzeć większość potrzebnych informacji. Artykuł ten miałem wysłać jeszcze na konkurs artykułów dla początkujących, ale nie miałem weny żeby go ukończyć 😉 Wybaczcie błędy i szybko mnie poprawcie.

Wybór programatora

W dużej mierze wybór programatora jest zależny od ilości pieniędzy które chcemy na ten cel przeznaczyć oraz od dostępnych portów jakie znajdują się w naszym komputerze. Jeśli posiadamy na płycie głównej komputera port LPT to mamy dwie drogi zdobycia programatora:

- zrobić programator samemu (czy to na LPT, czy później na USB)

- kupić programator

Jeśli zdecydujemy się zrobić programator samemu to ma to swoje zalety, ale także i wady. Składając nasz programator sami, nie możemy być do końca pewni hardware'u i późniejsze błędy przy wgrywaniu programów mogą mieć swój początek właśnie w programatorze. Z drugiej strony budując własny programator zdobywamy pewne doświadczenie i jest to zazwyczaj tańsze. Droga wolna, a wybór do waszej dyspozycji...

Jeśli jednak nie posiadamy portu LPT, to zbyt dużego wyboru nie mamy i musimy programator zakupić. Ewentualnie możemy poprosić znajomego który posiada programator, aby zaprogramował nam układ programatora. Możemy pokusić się jeszcze o mikrokontroler ze sprzętową obsługą USB:

...niektóre AVR (np. AT90USB162) mają sprzętowy interfejs USB i fabrycznie wgrany, dostarczany przez producenta bootloader DFU. W taki sposób, aby układ zaprogramować wystarczy zewrzeć podczas resetu procesora (podłączonego do komputera) pin HWB (Hardware Boot Loader) - procesor jest widoczny w systemie z podpisanymi sterownikami jako urządzenie DFU, potem uruchamiamy na PC program Atmel Flip i za jego pomocą łączymy się z procesorem i możemy zmieniać wsad.

Więcej na ten temat znajdziecie tutaj: http://diy.elektroda.eu/programator-usbtiny-mkii-slim/

Budujemy programator na LPT

Najprostszym sposobem na zaprogramowanie pierwszego mikrokontrolera jest zbudowanie programatora pod port LPT. Ogranicza nas jedynie dostęp do takiego portu. Jeśli takowy posiadamy w komputerze to możemy zabrać się do pracy.

Pierwszą rzeczą jaką sprawdzamy jest ustawienie trybu portu LPT w BIOSie. Powinien być on ustawiony na tryb ECP, a w większości przypadków jest on standardowo ustawiony na SPP. Tryb SPP może spowodować, że nasz programator nie będzie funkcjonował poprawnie. Tak więc, zmieniamy tryb portu LPT w Biosie na ECP i możemy przystąpić do konstruowania naszego pierwszego programatora.

Do budowy programatora będziemy potrzebować:

- wtyczkę DB25M (złącze LPT/drukarkowe)

- 4 rezystory 330R 0.25W

- kawałek skrętki komputerowej

- opcjonalnie jakaś płytka uniwersalna

- opcjonalnie złącze KANDA 10 pin

- opcjonalnie przewód 10 żyłowy

Schemat jest bardzo prosty i każdy, nawet początkujący powinien sobie z nim poradzić:

Jeśli jednak mamy możliwość zakupienia układu scalonego to polecam wersję z buforem HCT244. Zwiększa bezpieczeństwo takiego programatora i zmniejsza możliwość spalenia układu czy portu LPT w komputerze. W dodatku przy wykorzystaniu bufora mamy możliwość używania dłuższego kabla do programowania.

Jeśli zdecydujesz się na programator LPT z buforem to będziesz potrzebował:

- wtyczkę DB25M (złącze LPT/drukarkowe)

- 4 rezystory 100k 0.25W

- 1 rezystor 470R 0.25W

- 1 kondensator elektrolityczny 1uF

- 1 dioda 1N4148

- 1 dioda LED

- 1 układ scalony (bufor) 74HCT244

Jak widzisz schemat jest bardziej złożony, ale nawet początkujący może taki programator wykonać. Niestety schemat został dodatkowo skomplikowany przez program Eagle którym ten schemat narysowałem. Do budowy nie używamy dwóch układów scalonych jak mogłoby to wynikać ze schematu, ale jednego. Eagle jeden układ scalony rozbija na dwa osobne bloki, a w dodatku nie zaznacza pinu 10 i 20 więc zasilanie na schemacie jest zaznaczone powyżej i poniżej układu scalonego z przypisanym odpowiednim pinem.

Złożony już programator warto wsadzić do obudowy, bo nawet jeśli zbudujemy kiedyś USBasp, taki najprostszy programator może się przydać. Najlepiej wyciągnąć też wtyczkę KANDA na dość długim kablu albo najlepiej na przewodzie 10-cio żyłowym, bo zazwyczaj wtyczka LPT znajduje się z tyłu komputera.

Minusem takiego rozwiązania jest potrzeba zewnętrznego zasilania programowanego mikrokontrolera. Do zasilania konieczne jest zasilanie +5V. Możemy wykorzystać zasilacz ze stabilizatorem na +5V lub stary zasilacz ATX czy inne źródło prądu.

Gdy już złożymy programator należy po raz pierwszy podłączyć go od komputera (najlepiej zrobić to na komputerze wyłączonym).

Do programowania bardzo przydałaby się prosta płytka stykowa. Na niej umieszczam mikrokontroler który chcemy zaprogramować, podłączamy do niego zasilanie, oraz ewentualny rezonator kwarcowy. W dodatku może być to nawet cały gotowy układ, ponieważ AVRy programowane są przez ISP (In-System Programming) dzięki czemu nie musimy wyciągać mikrokontrolera z płytki by go zaprogramować.

Podłączamy wszystkie kable (z programatora) MISO, MOSI, SCK oraz RESET do odpowiednich pinów mikrokontrolera. UWAGA! Każdy rodzaj mikrokontrolera piny odpowiedzialne za programowanie ma w różnych miejscach. Zaglądaj do DataSheeta danego układu! Pamiętaj także, że przy tym programatorze programowany układ musi być zasilany z zewnętrznego źródła! Jeśli wszystko zrobiliśmy poprawnie możemy programować!

Składamy USBasp

Tak jak wspomniałem wcześniej, aby złożyć programator USBasp musimy posiadać już programator na LPT lub zaprogramowany układ (Atmega 8/88). Jeśli posiadamy choć jedną z tych rzeczy możemy zabrać się za konstruowanie programatora.

Do budowy będziemy potrzebować:

- 1 x mikrokontroler (np. Atmega 8/88)

- 1 x rezonator kwarcowy 12MHz

- 1 x dioda LED czerwona

- 1 x dioda LED zielona

- 3 x rezystor 1k 0.25W

- 1 x rezystor 10k 0.25W

- 1 x rezystor 2,2k 0.25W

- 2 x rezystor 68R 0.25W

- 1 x gniazdo USB typu B

- 1 x kondensator elektrolityczny 4,7uF

- 1 x kondensator ceramiczny 100nF

- 2 x kondensator ceramiczny 22pF

- 2 x Dioda zenera 3,6V

- 1 x złącze KANDA (10 pin)

- 3 x goldpin 1 x 2

- 3 x zworka

- laminat lub płytka uniwersalna

Jak widać po liście elementów układ jest bardziej zaawansowany niż ten programatora na LPT. Aby go poskładać potrzebujesz podstawowych umiejętności lutowania.

Gdy nasz programator będzie już gotowy, należy podłączyć go do komputera. Przy pierwszym podłączeniu (w systemie Windows) komputer zapyta o sterowniki do tego urządzenia. Wskaż folder w którym znajdują się sterowniki. Linki do nich znajdziesz na dole tego artykułu.

Kupujemy gotowy programator

Kupując programator wybór mamy dosyć duży. Szukając w polskich sklepach i na znanym serwisie aukcyjnym możemy znaleźć:

- USBasp ~30zł

- MultiTool ~55zł

- MKII 80-160zł

- STK500 50-100zł

- STK500v2 ~50zł (podróbka), 100zł (oryginał)

- STK200/300 ~15zł

*Podane ceny są aktualnym cenami na dzień 14 kwietnia 2012r.

Niektóre ceny są zróżnicowane przez to czy programator jest oryginalny czy jest tylko podróbką / samoróbką. Najtańszy jest programator STK200/300, lecz jest to prosty programator oparty o port LPT.

Z podanych wyżej programatorów USBasp, MKII, STK500 oraz STK500v2 działają pod USB. Osobiście polecam USBasp z powodu bardzo dużego wsparcia społeczności hobbystów, niskiego kosztu, możliwości upgrade'u oprogramowania oraz wsparcia przez większość środowisk programowania dla mikrokontrolerów AVR. W dodatku większość dostępnych na rynku programatorów USBasp ma możliwość zasilania programowanego układu, dzięki czemu nie potrzebujemy zewnętrznego źródła prądu.

MultiTool i STK200/300 to programatory pod port LPT. Niestety nie korzystałem z żadnego z nich, lecz to są dwa skrajne programatory. MultiTool kosztuje w granicach 55zł, ale obsługuje AVRy, ARMy i Cortexy. A w dodatku jest przejściówką USB <->RS232 TTL, USB <-> i2c master, USB <-> 1-Wire oraz czterokanałowym woltomierzem i oscyloskopem z próbkowaniem do 400 kHz. Jest to prawdziwy kombajn programistyczny który przyda się na pewno nie jednemu z was. Z drugiej strony mamy STK200/300 czyli najtańszy dostępny programator, także pod port LPT. Obsłguje on jedynie mikrokontrolery AVR, ale jego cena jest dużą zaletą dla początkujących.

Sterowniki

Dzisiejsza różnorodność platform i architektur procesorów może przysporzyć wielu kłopotów w obsłudze takich urządzeń jak programator mikrokontrolerów. Jest to częsty temat pytań i rozważań dlatego podane tu zostaną linki do sterowników dla różnych systemów.

USBasp

Windows 32 bit/64 bit: https://www.forbot.pl/forum/download.php?id=1951

Windows 32 bit: https://www.forbot.pl/forum/download.php?id=1950

Lib-USB: http://libusb.sourceforge.net/

Lib-USB-Win32: http://libusb-win32.sourceforge.net/

...w przypadku posiadania Windows 7 (x64) i USBasp trzeba przy starcie komputera wcisnąć F8 i dać "Wyłącz wymuszanie podpisów sterowników" trzeba to robić przy każdym starcie....

lub możecie zastosować inne rozwiązanie opisane tutaj: http://and-tech.pl/forum/viewtopic.php?t=968#2085

Przydatne programy

AVRDUDE: http://download.savannah.gnu.org/releases/avrdude/

BASCOM-AVR: http://www.mcselec.com/

Burn-o-mat: http://avr8-burn-o-mat.aaabbb.de/

Winavr: http://winavr.sourceforge.net/

AVRStudio 5: http://www.atmel.com/tools/ATMELAVRSTUDIO.aspx

Błędy USBasp

Na końcu tego artykułu chciałem zwrócić uwagę na pewną kwestię. USBasp jest chyba najpopularniejszym programatorem wśród elektroników amatorów. Niestety wielu z początkujących otrzymując błędy przy wgrywaniu programu na mikrokontroler nie czyta ich i nie próbuje ich zrozumieć. Poniżej opisałem kilka kroków które należy wykonać przy każdym błędzie przy wgrywaniu programu do mikrokontrolera:

1. Sprawdź czy programator jest dobrze podłączony (często świeci się zielona dioda). Odłącz i podłącz programator ponownie. Jeśli dioda się nie świeci to odłącz programator i podłącz do tego samego portu jakiekolwiek urządzenie pod USB, sprawdzając czy port w komputerze jest sprawny.

2. Sprawdź połączenia wszystkich linii (MISO, MOSI, SCK oraz RST) dla danego mikrokontrolera. Pamiętaj, że każdy układ w/w piny ma w innych miejscach. Dla przykładu rozmieszczenie pinów w Atmedze 8:

Sprawdź także dokładnie wtyczkę programatora i złącze w układzie. Wtyczka ta i złącze zbudowane są jak na załączonym obrazku poniżej:

Pamiętaj również, że programowany układ może mieć tylko jedno źródło zasilania np. z programatora lub zasilacza, a masy programatora i programowanego układu muszą być połączone.

3. Sprawdź ustawienie zworek na programatorze. W zależności od budowy programatora może znaleźć się ich nawet 4. Są to zworki odpowiedzialne za:

- Slow SCK - programowanie wolnych układów (poniżej 1,5MHz)

- Zasilanie programowanego układu

- Aktualizacja oprogramowania USBasp

- Wybór napięcia (5V / 3V3)

4. Zmień sterowniki USBasp. Lista znajduje się wyżej.

5. Jeśli dalej nic nie pomogło to teraz możesz napisać z problemem na forum ;]

Źródła

http://mirley.firlej.org/jak_zaprogramowac_pierwszy_avr

http://mirley.firlej.org/programator_na_usb_usbasp#

http://botland.com.pl/programatory/468-multitool-programator-avr-usb.html

http://electropark.pl/117-programatory

http://hobby.abxyz.bplaced.net

http://www.fischl.de/usbasp/

P.s. W załączniku znajdziecie wszystkie pliki schematów (eagle, pdf oraz png).

Schematy.rar

[ps19]

Dopisz, że w przypadku posiadania Windows 7 (x64) i USBasp trzeba przy starcie komputera wcisnąć F8 i dać "Wyłącz wymuszanie podpisów sterowników" trzeba to robić przy każdym starcie.Przynajmniej u mnie bez tego windows nie rozpoznaje urądzenia.

EDIT:Zaktualizowana formułka.

[KD93]

Brak tu jednego z najpopularniejszych progów na USB, klona STK500v2, który kosztuje około 50zł.

Co do często spotykanych problemów to jest jeszcze połączenie mas programatora i układu programowanego, wielu o tym zapomina i mają później problemy.

[koval_blazej]

Jeśli jednak nie posiadamy portu LPT, to zbyt dużego wyboru nie mamy i musimy programator zakupić. Ewentualnie możemy poprosić znajomego który posiada programator, aby zaprogramował nam układ programatora.

są też avry ze sprzetowym usb które można zaprogramować od razu przez usb i projekty programatorów na nich.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[BlackJack]

O.. a może kolega coś więcej o tym programowaniu AVRa przez USB napisać. Bo to że są AVRy z USB to wiedziałem, ale że mają fabrycznie bootloader, pozwalający je tak programować nie.

No i jakie oprogramowanie do tego użyć ?

[klonyyy]

Dopisz, że w przypadku posiadania Windows 7 (x64) i USBasp trzeba przy starcie komputera wcisnąć F8 i dać "Wyłącz wymuszanie podpisów sterowników" trzeba to robić przy każdym starcie.Przynajmniej u mnie bez tego windows nie rozpoznaje urądzenia.

U mnie jest to samo, ale przy włączaniu kompa klikam esc, by wyświetloiło się jakieś tam menu, kilkam enter by z niego wyjść, a następnie szybko klikam 3 razy f8 - inaczej nie działa, i najgorsze jest to, że trzeba to robić przy każdym starcie kompa.

[piotrva]

W temacie:

1. Problemy z podpisywaniem sterowników:

http://and-tech.pl/forum/viewtopic.php?t=968#2085

2. Nie uwzględniony w artykule, a moim zdaniem najlepszy programator dla amatorów:

http://diy.elektroda.eu/programator-usbtiny-mkii-slim/

[ Dodano: 03-05-2012, 09:17 ]

O.. a może kolega coś więcej o tym programowaniu AVRa przez USB napisać. Bo to że są AVRy z USB to wiedziałem, ale że mają fabrycznie bootloader, pozwalający je tak programować nie.

No i jakie oprogramowanie do tego użyć ?

Co do tej kwestii to niektóre AVR (np. AT90USB162) mają sprzętowy interfejs USB i fabrycznie wgrany, dostarczany przez producenta bootloader DFU. W taki sposób, aby układ zaprogramować wystarczy zewrzeć podczas resetu procesora (podłączonego do komputera) pin HWB (Hardware Boot Loader) - procesor jest widoczny w systemie z podpisanymi sterownikami jako urządzenie DFU, potem uruchamiamy na PC program Atmel Flip i za jego pomocą łączymy się z procesorem i możemy zmieniać wsad. Więcej w linku numer 2 - dokładnie tego sposobu używamy przy wgrywaniu/zmianie firmware tego programatora.

[ProeXtreme]

Bootloader jest ciekawym rozwiązaniem. Z 8-bitowych mikrokontrolerów ATMELa (z wyłączeniem rodziny ATXmega) sprzętowy interfejs USB mają tylko:

• AT90USB1286
  
• AT90USB1287
  
• AT90USB162
  
• AT90USB646
  
• AT90USB647
  
• AT90USB82
  
• ATmega16U2
  
• ATmega16U4
  
• ATmega32U2
  
• ATmega32U4
  
• ATmega8U2

Wykorzystujecie bootloader w swoich konstrukcjach?

[KD93]

Ja wykorzystuję bootloadery takie wgrywane samemu do procka bardzo często, na razie tylko na UART. Co do takich fabrycznie zaimplementowanych to miałem z nimi styczność tylko przy LPC1114, w sumie działa to niemal identycznie, tyle że nie musimy wgrywać tego boota, bo już tam siedzi. Bardzo wygodne rozwiązanie, ograniczamy ilość przewodów, po przewodach UART'u możemy zarówno programować jak i komunikować się.

[Grzesieq94]

Ja wykorzystuję bootloadery takie wgrywane samemu do procka bardzo często, na razie tylko na UART. Co do takich fabrycznie zaimplementowanych to miałem z nimi styczność tylko przy LPC1114, w sumie działa to niemal identycznie, tyle że nie musimy wgrywać tego boota, bo już tam siedzi. Bardzo wygodne rozwiązanie, ograniczamy ilość przewodów, po przewodach UART'u możemy zarówno programować jak i komunikować się.

A jak jest z szybkością programowania przez USART? No i ile zajmuje taki bootloader?

[ProeXtreme]

KD93, na kodzie z jakiej stronki się wzorowałeś?

[półprzewodnik]

Dopisz, że w przypadku posiadania Windows 7 (x64) i USBasp trzeba przy starcie komputera wcisnąć F8 i dać "Wyłącz wymuszanie podpisów sterowników" trzeba to robić przy każdym starcie.

Nie trzeba: http://mirekk36.blogspot.com/2011/05/wszystko-o-usbasp.html

[miszczo]

O.. a może kolega coś więcej o tym programowaniu AVRa przez USB napisać. Bo to że są AVRy z USB to wiedziałem, ale że mają fabrycznie bootloader, pozwalający je tak programować nie.

No i jakie oprogramowanie do tego użyć ?

Program wrzucasz przez program FLIP dostępny na stronie atmela. Ja robiłem sobie tak klona avr isp mk2.

[piotrva]

Ja wykorzystuję bootloadery takie wgrywane samemu do procka bardzo często, na razie tylko na UART. Co do takich fabrycznie zaimplementowanych to miałem z nimi styczność tylko przy LPC1114, w sumie działa to niemal identycznie, tyle że nie musimy wgrywać tego boota, bo już tam siedzi. Bardzo wygodne rozwiązanie, ograniczamy ilość przewodów, po przewodach UART'u możemy zarówno programować jak i komunikować się.

A jak jest z szybkością programowania przez USART? No i ile zajmuje taki bootloader?

Szybkość programowania zależna od prędkości uart i zastosowanego bootloadera. Co do bootloadera FLIP to działa chyba nawet nieco szybciej niż ISP, ale nie robiłem nigdy specjalnych testów. Ile zajmuje bootloader? Zależy jaki i na jaką architekturę. Zwykle od 256B (wersja Mirka: http://atnel.pl/oprogramowanie-pc/mkbootloader ) do 2048B (mniej optymalne bootloadery lub bootloadery korzystające np. z karty SD).

[avrkwiat]

Artykuł spoko, ale myślę, że powinieneś bardziej skupić się na opisie programatorów dostępnych w sklepach. Czyli na ich zaletach i wadach. Gdzie można je kupić, za ile, jakie mikrokontrolery można nimi programować, czy są kompatybilne z różnymi środowiskami takimi jak AVRStudio, TrueStudio itp, jak wgrać nimi program do mikrkontrolera, czy ich firmware są automatycznie uaktualniane itp.

Pamiętam, że gdy ja zaczynałem swoją przygodę z procesorami AVR, to właśnie tych informacji szukałem. Wszyscy moi koledzy, którzy sami próbowali polutować swoje programatory już dawno zrezygnowali z tego hobby, ponieważ tracili za dużo czasu na walkę z programatorem. Dlatego polecam kupić swój pierwszy programator, a unikniecie wielu rozczarowań (chyba, że mieliście już styczność z mikroprocesorami).

Ja mogę polecić dla procesorów AVR programator AVRISP MKII, który jest wspierany przez AVRStudio. Firmware można aktualizować automatycznie ze środowiska AVRStudio. Posiada wejście USB, co w dzisiejszych czasach jest chyba standardem. Cena to około 140zł w polskich sklepach + przesyłka. Można nim programować bardzo dużo 8 bitowych procesorów z rodziny AVR (ja używałem tylko do ATmegi16 i 32). Posiada także ciekawy system informacyjny, różnego koloru diody informują użytkownika np. o braku zasilania w układzie, albo nieprawidłowym podłączeniu programatora co jest naprawdę niesamowitym ułatwieniem dla początkującego.

Dla STM32 polecam ZL30PRGv2 z Kamami cena 89zł+ przesyłka. Jest to programator JTAG obsługiwany przez TrueStudio jako ST-Link. Posiada wejście USB i własny program umożliwiający wgranie programu do procesora.

Fajnie jakby wszyscy opisali swoje programatory ich zalety i wady oraz do jakich procesorów ich używacie. Wtedy można by zebrać te informacje i stworzyć jakiś artykuł użyteczny dla początkujących.

Jeśli chodzi o początkujących, to zamiast programatora kupcie sobie płytkę startową, z polutowanymi układami, którą można programować bez programatora za pomocą USB lub RS232 oraz dobrą książkę, która wyjaśni wam krok po kroku co i jak. Ewentualnie poproście kolegę, który już to robił aby wam pomógł. Dopiero gdy wkręcicie się w programowanie, to kupcie sobie płytkę stykową lub uniwersalną oraz lutownicę i programator do danego procesora. Zapoznajcie się ze standardowymi obudowami i wyglądem różnych podzespołów. Następnie stwórzcie prototyp swojego urządzenia, a jak wszystko będzie ładnie śmigać, to nauczcie się tworzyć płytki PCB domowym sposobem za pomocą Egela lub DipTrace. Nie próbujcie przeskoczyć tych etapów, bo szybko się zniechęcicie. Na wszystko jest czas i do wszystkiego trzeba dojrzeć. Po przejściu wszystkich tych etapów zaczyna się dopiero zabawa.

To chyba na tyle z mojej strony 😉