Главная Планшеты Программатор Громова: назначение, описание. Делаем COM программатор для AVR микроконтроллеров Интерфейс внутрисистемного программирования ISP

Программатор Громова: назначение, описание. Делаем COM программатор для AVR микроконтроллеров Интерфейс внутрисистемного программирования ISP

На сегодня существует множество программаторов AVR микроконтроллеров подобного типа, но что мне не нравится, слишком много "рассыпухи" (дискретных элементов), в то время, когда существуют специализированные микросхемы у которых всё уже есть внутри.

Выбор мой пал на микросхему GD75232 , часть элементов которой, при соответствующем включении я задействовал для данного программатора.Обязательно 10-я и 11 ножки микросхемы должны соединяться с землёй.(общим проводом)

Эта микросхема стоит на материнских платах, её роль - как раз согласование сигналов внешних устройств с COM портом. На иллюстрации из даташита видно, какие элементы как подсоединены, (не стану расписывать, что как и зачем, об этом можно прочитать в описании микросхемы). Я её специально не покупал, а снял с "убитой" материнки.

Печатную плату не привожу, так как отрезал ножницами по металлу кусок платы вместе с микросхемой, в итоге размеры платы получились 20х30 мм, проводники припаял к 3-м разъёмам

1- питание +5в

2- разъём com порта

3- разъём ISP для программирования

Использовать программатор можно с известной программой Pony Prog, в установках выбрать интерфейс (Serial, COM1) для COM-порта и любой из 3-х видов интерфейсов, которые там перечисляются, без разницы, работает со всеми (JDM API, SI Prog I/0, Si Prog API), картинки это поясняют. Остальные установки в настройке порта остаются в программе по умолчанию.

Программатор на столько прост, что не содержит ни резисторов ни конденсаторов, только одна единственная микросхема. Цепляете питание +5в, подключаете к панельке, в которую вставлен микроконтроллер AVR, приготовленный для программирования и программируете, как обычно в ISP режиме.

Схема проверена и испытана.

Буфферизация

Простые программаторы эффективны пока речь идёт о программировании микроконтроллеров либо в DIP корпусе (удобно, когда можно микросхему вынуть из панельки на рабочей плате и воткнуть в панельку на программаторе, а потом, запрограммировав, поставить на место), либо когда на рабочей плате выводы микроконтроллеров не сильно нагружены внешними элементами схемы.

Есть отработанные хорошие схемы простых программаторов с буфферизированными шинами типа STK200 / 300, собраные на микросхемах серии 244, 245, но они предназначены для подключения к LPT порту, который в последнее время уже редкость на современных материнских платах. Теперь чаще встречаются лишь USB и COM порты, а программаторы USB более сложны для начинающих радиолюбителей в повторении.

У большинства известных простых программаторов, работающих с COM портом, имеется общий недостаток: не у всех достаточная нагрузочная способность.

В последнее время всё чаще применяются SMD компоненты, и микроконтроллеры применяют уже в корпусах типа SOIC и впаивает непосредственно в плату, без панелек. В этом случае для повторного перепрограммирования надо уже либо программировать его прямо на плате, либо выпаивать чип, а в некоторых случаях приходится предварительно отключать нагрузку на его выводах в схеме, если получается, что внешние элементы «сажают» импульсы программатора, если только его шины не были буфферизированы (умощнены по току для работы с повышенной нагрузкой).

Из личного опыта скажу, что этими недостатками страдают многие широко известные простые программаторы, например на 5-ти резисторах, или известная схема на транзисторе, резисторах и стабилитронах: при повышенной нагрузке на шинах программатора начинаются проблемы. Для того, чтобы не делать новый программатор, есть простой путь улучшить нагрузочные характеристики программатора - это буфферизировать уже имеющиеся шины для сигналов, всего лишь добавив ещё одну микросхему.

В данном случае я взял, что у меня было под руками - микросхему 561ПУ4 (или можно её западный аналог CD4050 ). В составе этой микросхемы содержится шесть буфферных неинвертирующих элемента, которые повторяют входной сигнал на выходе, не внося в него изменений. Каждый такой элемент обладает определённой нагрузочной способностью, из иллюстрации, взятой в даташите, видно структуру тех дискретных элементов, содержащихся внутри буффера.

Подсоединив к нашему программатору такое дополнение между выводами программатора и разъёмом для программирования, мы получим устройство с повышенной нагрузочной способностью. У нас три сигнала с СОМ порта работают на приём, и один сигнал (MISO) работает на передачу. Припаяв к уже имеющейся схеме посредством коротких проводков ещё одну микросхему буффера, я протестировал работу новой схемы и, сравнив с тем, что было прежде, убедился, что эффект есть. На тех платах, где я прежде сталкивался с подобной проблемой при программировании, мне приходилось отсоединять нагрузку на время программирования, а теперь с новой схемой этого делать уже не потребовалось.

Рекомендую всем обладателям простых программаторов доработать имеющуюся у вас схему таким же образом, если при программировании вы сталкивались с подобными проблемами, добавив микросхему буффера,не обязательно эту, можно использовать и другие подобные по функциональным свойствам микросхемы типа 74HC125, 74HC126 на базе этих микросхем,можно переводить выходы программатора вообще в высокоимпедансное состояние,что позволит не отключать разъём ICSP от платы,особенно это удобно при работе с макетной платой, вариаций применения моего программатора в качестве базового модуля очень много,это и программирование микросхем типа 24Схх 93Схх а так же для программирования PIC контроллеров, но эту тему я возможно разовью чуть позже в данной статье.

Z - состояние шин на выходе

Лучшее- враг хорошему (с).

Всё вроде работает,но стоит добавить в схему,что либо ещё,как она из маленькой превращается в "монстра", а что делать? Иногда в процессе отладки приходится идти на это ради комфорта в работе, ведь порой по нескольку десятков раз надо втыкать разъём ICSP повторно перепрограммируя микроконтроллер, так это занятие надоедает порой, а если оставить программатор постоянно подключенным,к схеме,то схема программатора будет влиять на работу устройства, но есть решение о котором я упоминал выше, это перевести состояние шин в высокоимпедансное - Z состояние, тогда схема программатора может быть подключена сколь угодно долго и не будет теперь шунтировать шины микроконтроллера,ради такого случая нашёл эту микросхему и использовал её в качестве буффера.Осуществлять эту процедуру мы будем посредством кнопки S1 которая при замыкании будет переводить выходы программатора в рабочий режим , программирования подсоединяя его сигналы к схеме. На момент программирования, надо кнопку удерживать в нажатом состоянии,а после того, как процедура программирования пройдёт успешно,отпустить.При разомкнутом состоянии кнопки выходы программатора переводятся в состояние Z

Из даташита 74HC125 ,по схеме и таблице истинности видно,что если подать на выводы А "единицу" схема переводит выходы в высокоимпедансное состояние (фактически вообще отключается от нагрузки) и вдобавок у этой микросхемы ещё большая нагрузочная способность,чем у микросхемы,которую я выбрал в качестве буффера в предыдущей схеме..

в общем на ваш суд выкладываю очередную схему,и сопровождающие картинки к ней.

Владимир Науменко

г. Калининград.

Несложный в плане изготовления COM программатор . При условии использования альтернативного режима COM порта Bitbang, отпадает необходимость в преобразовании интерфейса RS232 COM порта в SPI, необходимый для программирования. Остается только привести уровни сигналов COM порта (-12В, +12В) к необходимым (0, +5В).

схема COM программатора для AVR микроконтроллеров

Данная схема программатора достаточно распространена и известна как программатор Громова . Название пошло от автора программы Algorithm Builder Геннадия Громова , который и предложил такую схему.

Схема несложная, для ее сборки потребуется всего-лишь несколько деталей:

Диоды КД522, КД510, 1N4148 или им подобные. Резисторы можно использовать любые, какие найдете. В качестве шлейфа можно использовать IDE шлейф. При подключении шлейфа, для более устойчивой работы программатора, каждый «сигнальный» провод должен чередоваться с «земляным» проводом. Это позволит уменьшить уровень помех наводимых в линиях и за счет этого увеличить длину программирующего провода. Длина шлейфа должна быть в пределах 50 см. Еще нужен разъем для подключения к программируемому устройству.

Для внутрисхемного программирования Atmel рекомендует стандартные разъемы :

Если Вы планируете серьезно заняться микроконтроллерами, сделайте разъемы стандартными. Для разового программирования устройства можно использовать разъемы BLS «мамы» на программаторе (такими разъемами к материнской плате подключаются кнопки и светодиоды корпуса компа) и штырьки PLS «папы» на плате.
Это позволяет максимально упростить разводку платы устройства, так как штырьки для программатора устанавливаются в непосредственной близости возле ножек микроконтроллера. Ножки MOSI, MISO, SCK у микроконтроллеров AVR всегда расположены вместе, поэтому для них можно применить строенный разъем. Отдельно делаем подключение для «земли»-GND и «сброса»-Reset.

Сборка программатора Громов в деталях

Я сознательно не даю печатной платы под этот программатор, так как схема проста и возня с разводкой и травлением платы просто себя не оправдывает.

Для того чтобы COM программатор Громова заработал нужна программа для программирования через COM порт. Для этого прекрасна подойдет программа UniProf , скачать которую вы можете на нашем сайте в разделе радиолюбительский софт .
Также еще потребуется плата устройства к которой мы подключим программатор и тестовая прошивка для микроконтроллера.

Так как режим Bitbang нестандартный для COM порта компьютера, то возможны сбои в работе (хотя у меня такого не было). Особенно это касается ноутбуков. Как вариант решения этой проблемы можно рекомендовать «поиграться» настройками COM порта (скорость, биты данных, варианты управления потоком, величины буфера …).
– Отдельный разъем для «земли» желательно подключить первым, чтобы уравнять потенциалы «земли» программируемого устройства и компьютера. Для тех, кто не знает, если у Вас компьютер включен в обычную розетку, без заземляющего контакта, то в виду особенности фильтра блока питания компьютера, на корпусе компьютера всегда присутствует потенциал в 110В.

Заключение:

Понадобился мне программатор для того, чтобы залить прошивку к устройству на базе микросхемы ATmega8A-PU. Делать что-то универсальное, уж совсем не хотелось, поэтому чтобы избежать нескольких плат и порядком экономить, сделал и переходник плату для микросхемы и сам прогер на одной платы. Нарисовал печатную плату согласно схеме и даташиту на микросхему, она очень распространена сейчас и найти ее очень легко. Программатор имеет минимум деталей, имеет индикацию питания реализованную на светодиоде через токоограничительный резистор. Запитка устройства у меня реализована по плану от USB порта компа, хотя я иногда использую за неимением свободных портов и зарядку с таким же портом от смартфона HTC 5 вольт и все работает как надо.

Итак, что же нам потребуется для сборки программатора привожу на фото, чтобы визуально помочь собраться с мыслями тому, кто первый раз собирает это устройство.

Основная задача этого программатора заключается в согласовании уровней между программируемым устройством и COM портом компьютера. Используется семь резисторов на 1кОм. Один резистор на 330 или 470 Ом (подключенный к светодиоду). Три диода (взял то, что попалось в кассетнице, можно использовать все что угодно на напряжение не менее 5 вольт). И один светодиод. В принципе, схему можно упростить и выкинуть индикатор питания, реализованный на светодиоде.

В качестве материала для платы прибора я использовал гетинакс, сверлится очень быстро и обрабатывается куда проще чем стеклотекстолит например. В готовом варианте все выглядит вот как то так.

Для работы и подключения требуется небольшой кусок экранированного кабеля, чтобы подключить само устройство к com порту, а так же разъем который надо запаять и скрутить согласно нумерации и комплектации которая идет с ним в пакетике от производителя.

Схема по которой выполняют сборку и которой нужно руководствоваться при работах в целом

Программатор Громова является битбэнг (bitbang) программатором, поэтому ему требуется соответствующее программное обеспечение. Например, можно использовать в паре с Громовым - и .

Список радиоэлементов

Тип	Номинал	Количество	Мой блокнот
Выпрямительный диод	1N4001	3	В блокнот
Резистор	1 кОм	7	В блокнот
Резистор	390 Ом	1	В блокнот
Светодиод		1	В блокнот
Панелька	28 DIP	1

Самый простой вариант программатора для AVR это пять проводков, припаиваемых к порту контроллера и втыкаемых в LPT порт. Не спорю, можно и так. Но я все же не рекомендую этот способ. Даже схему подключения давать не буду — если надо будет сам найдешь. Так как данный метод не очень стабилен, возможны сбои при прошивке , длина проводков ограничена двадцатью сантиметрами (если больше, то будет глючить), поэтому придется шариться в комповой заднице. Да и LPT порт спалить проще простого . В общем не рулез.

Шарясь по инету, я нашел отличный программатор, работающий через RS232 он же COM порт. А также удобную программу для прошивки контроллера UniProf от Николаева. Схему программатора придумал Громов, создатель Algorithm Builder.

Для сборки программатора потребуется:

Три диода, любых из маломощных. Например 1N4148.
Семь резисторов на 1кОм. У меня резисторы типоразмера 1206
Если будешь делать по моей печатной плате, то можешь еще купить 3 резистора на 0 ом — перемычки, они же пофигисторы.

Печатная плата либо рисуется маркером, либо, как у меня, делается методом лазерного утюга.

Разьем DB9, что на фотке, я поставил для удобства. У меня туда подключаются разные прошивающие шнуры либо вот такой вот адаптер:

Программатор запаян, контроллер к нему подключен. Пора убедиться в том, что все сделано верно.

Запускай UniProf.exe и выбирай номер СОМ порта к которому у тебя подключен программатор. Сразу же должен определиться тип контроллера и высветиться над левым окном кода.

Не получилось? Тут три варианта:

Программатор спаян криво.
Дохлый контроллер.
Неправильно припаял проводки к микроконтроллеру.

Еще раз все досконально проверяешь и пробуешь снова. Должно получиться.

Дальше, если до этого ты никогда не работал с контроллерами, тебе возможно потребуется тестовая программа. Она не будет делать ничего полезного, зато позволит тебе точно быть уверенным, что все что ты сделал до этого ты сделал правильно.

Скачиваешь Atmel AVR Studio — это официальная среда для разработки программ под микроконтроллеры AVR . Студия поддерживает все микроконтроллеры семейства Atmel AVR . Найти ее последнюю версию можно на сайте Atmel.com

Далее создавай новый проект, в качестве языка программирования выбирай Assembler и укажи папку и имя где будет располагаться твой проект. В качестве отладчика бери AVR SIMULATOR и укажи с каким именно контроллером ты будешь работать. После чего забивай в текстстовое окно простейшую программу.

Вот ее примерный текст:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

.INCLUDE "m16def.inc" ; это подключается список макроопределений; без него компилятор не будет знать под какой; именно процессор мы собираем программу; если у тебя другой контроллер, то подставь; соответствующий инклюдник. Они находятся в; папке AVR Studio по адресу; "AVR Tools\AvrAssembler\Appnotes\" .MACRO outi LDI R16,@1 OUT @0,R16 .ENDMACRO ; задаем весьма удобный макрос, позволяющий; записать произвольное заданное число в любой; регистров за одну строку кода. .CSEG .ORG 0x0000 RJMP RESET .ORG 0x0030 ; Директива начала кода с адреса 0х0030 ; адрес взят с большим запасом, потому как; у разных AVR разных размеров таблица; прерываний. Так что уж чтобы наверняка! RESET: ; стартовая метка OUTI DDRA,0xFF OUTI DDRB,0xFF OUTI DDRC,0xFF OUTI DDRD,0xFF ; Конфигурируем направления портов на выход; Если данный контроллер не имет, например, порта; С, то эту строчку надо закомментировать. OUTI PORTA,0xAA OUTI PORTB,0xAA OUTI PORTC,0xAA OUTI PORTD,0xAA ; Выдаем на выходы 10101010, чтобы получить; четкую картину того, что на портах произошли; изменения. После выполнения программы; на выходах микроконтроллера в шахматном порядке; будут либо напряжение питания, либо земля. Что; легко проверяется либо вольтметром, либо простейшим; пробником на светодиоде. RJMP RESET ; Зацикливаем программу.

INCLUDE "m16def.inc" ; это подключается список макроопределений; без него компилятор не будет знать под какой; именно процессор мы собираем программу; если у тебя другой контроллер, то подставь; соответствующий инклюдник. Они находятся в; папке AVR Studio по адресу; "AVR Tools\AvrAssembler\Appnotes\" .MACRO outi LDI R16,@1 OUT @0,R16 .ENDMACRO ; задаем весьма удобный макрос, позволяющий; записать произвольное заданное число в любой; регистров за одну строку кода. .CSEG .ORG 0x0000 RJMP RESET .ORG 0x0030 ; Директива начала кода с адреса 0х0030 ; адрес взят с большим запасом, потому как; у разных AVR разных размеров таблица; прерываний. Так что уж чтобы наверняка! RESET: ; стартовая метка OUTI DDRA,0xFF OUTI DDRB,0xFF OUTI DDRC,0xFF OUTI DDRD,0xFF ; Конфигурируем направления портов на выход; Если данный контроллер не имет, например, порта; С, то эту строчку надо закомментировать. OUTI PORTA,0xAA OUTI PORTB,0xAA OUTI PORTC,0xAA OUTI PORTD,0xAA ; Выдаем на выходы 10101010, чтобы получить; четкую картину того, что на портах произошли; изменения. После выполнения программы; на выходах микроконтроллера в шахматном порядке; будут либо напряжение питания, либо земля. Что; легко проверяется либо вольтметром, либо простейшим; пробником на светодиоде. RJMP RESET ; Зацикливаем программу.

Далее жми на кнопку компиляции (или F7 ) и лезь в папку своего проекта. Там тебя уже должен поджидать ****.hex файл с прошивкой.
Запускай UniProf.exe , жми на кнопочку с открытой папкой и надписью HEX . Выбирай свой свежескомпиленный проект и жми ок.
Вторым окном UniProf попросит тебя ввести данные EEPROM , у нас EEPROM не используется, поэтому нажимай отмену .
Все, теперь можно прошивать. Жми на красную стрелку с надписью Prog и жди. По окончании можешь нажать чтение и поглядеть что записалось в твой контроллер — должно показать то же самое, что и было уже загружено в окно.

Теперь тебе остается подать питание на свой микроконтроллер и посмотреть что появилось на портах. Увидел «гребенку» из высоких и низких уровней напряжения? Отлично! Ты прошил свой первый в жизни контроллер! Теперь ты можешь с головой занырнуть в изучение микроконтроллеров AVR.

Если не заработало, то вот возможные грабли и пути решения.

Дополнение от Outsider :
1. Если сзади у компа нет разъема COM-порта, то это не на 100% означает, что такого порта нет на материнской плате в принципе. Пока еще на матерях встречаются разъемчики с 9 штырьками в два ряда — подробнее нужно смотреть документацию к материнской плате. Я на своей ASUS P5K SE нашел и успешно заюзал.

2. Да, +5 и GND это не земля и контакт из COM-порта, а именно внешнее питание. Проще всего его добыть в компе — +5 есть в красном проводе на любом из разъемов, питающих жесткие диски. А GND — на корпусе самого компа. Или на черном проводе того же разъема.

3. Если с UniProf что-то не срастается, то можно попробовать avrdude. Чтобы это сделать, нужно прописать в avrdude.conf следующее:

programmer
id = «nikolaew»;
desc = «serial port banging, reset=dtr sck=rts mosi=txd miso=cts»;
type = serbb;
reset = 4;
sck = 7;
mosi = 3;
miso = 8;
;

А затем запустить avrdude со следующими параметрами:

avrdude -n -c nikolaew -P com1 -p m16

Если все в порядке, то программа скажет:
avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions

Дополнение от Riko
Эксприменатально было выяснено, что для правильной работы этого программатора напряжение питания МК должно быть не ниже 5 вольт (но не выше 5.5!!!). То есть если МК подключен к трем пальчиковым батарейкам, то вы обламываетесь, так как там 4.5 вольта! Запитывайте от компа!!!

Дополнение от SLY_DEr
Не работало. Сменил резисторы с 3к (не было на 1к) на 460ом’ные — заработало, но с ошибками.
Решил чисто ради спортивного интереса снизить скорость ком-порта в диспечере устроиств и о, чудо, все заработало как надо. Скорость порта снизил с 9600к до 4800к и плюс убавил буфер приема и передачи (там же) до значений 4 и 6 соответственно.

Если что непонятно, то не стесняйся спрашивать у меня в комментах.

З.Ы.
Если не получается ну никак, то может быть ваша материнска плата не поддерживает столь нестандартное обращение с COM портом и стоит попробовать другие программаторы? Например, или . Они хоть и сложней, но зато работают более корректно, без извратов.

Разумеется сразу же возникла надобность в программаторе. Программатор на LPT порту меня не устроил, из-за того, что есть вероятность сжечь порт компьютера. Можно было конечно собрать USB программатор, но его также нужно было бы чем-то прошивать. Тогда я наткнулся на схему программатора Громова и решено было собрать его. Писали, что программатор работает с оболочками UniProf и avrdude . Сама схема очень простая:

Печатную плату скачал готовую, немного изменил, чтобы можно было нарисовать маркером, получилось следующее:

Все резисторы, кроме идущего с катода светодиода на землю (он номиналом 470 Ом) на 1 кОм, всего в схеме этих резисторов 7 штук. Резисторы на 1 ком ставятся для того, чтобы погасить часть напряжения идущего от СОМ порта с 12 вольт, до требуемых для микроконтроллера 5 вольт. Диоды взял КД522 , 3 штуки. В схеме есть индикация питания на светодиоде, поставил зеленого цвета, советский 5 мм диаметром. У меня в запасах был кабель удлинитель COM 9M/9F , как раз подходящий для этих целей, разъем с обратной стороны кабеля был мной обрезан.

Кабель был экранированный, что позволяет удобно расположить корпус с программатором в любом удобном месте, насколько хватает длины проводов, тогда как в случае с неэкранированными проводками, если бы нами был использован только разъем СОМ длина ограничена полуметром, иначе программатор может работать со сбоями.

Так как проводники, выходящие с программатора и идущие, в моем случае на цанговую макетную плату, на которой я буду собирать и отлаживать первые устройства, рекомендуют делать длиной не более 15 – 20 см, я сделал длиной 15 см обычным гибким разноцветным монтажным проводом. Кабель идущий с СОМ порта решено было прикрепить хомутом к плате, ввиду того что в процессе эксплуатации программатора он мог бы вырваться, так как он достаточно жесткий. Проводки выходящие из программатора и идущие на микроконтроллер также стянул проволочным хомутом. Плата была протравлена и залужена: