Программирование мк avr. Программирование микроконтроллеров AVR: подключение и настройка оборудования

Рекомендуем также

•  Гадре Д., Мэлхотра Н.

  Нет в наличии

  Занимательные проекты на базе микроконтроллеров tinyAVR

  325 ₽
•  Иго Том

  Умные вещи: Arduino, датчики и сети для связи устройств: Пер. с англ. 3-е изд.

  1650 ₽
  1402 ₽
•  

  Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства – Бумажная книга

  660 ₽
•  

  Ассемблер – это просто. Учимся программировать. 2-е изд – Бумажная книга

  656 ₽

Программирование AVR 02: Аппаратное обеспечение

Вы можете написать самый красноречивый код в истории встраиваемых систем, но без возможности запустить его на оборудовании он будет бесполезен. В этой части серии руководств мы рассмотрим:

• Посмотрите на некоторые из доступных вариантов программатора AVR
• Разместите микроконтроллер на макетной плате и подключите его к блоку питания и программатору.
• Используйте программное обеспечение для программирования, чтобы отправить пример кода на микроконтроллер

Если вы пропустили часть 1, уделите несколько минут изучению этой части руководства, а затем присоединяйтесь к нам после перерыва.

Дорожная карта серии:

• Программирование AVR 01: Введение
• Программирование AVR 02: Аппаратное обеспечение
• Программирование AVR 03: Чтение и компиляция кода
• Программирование AVR 04: Запись кода

Программаторы

Как я уже говорил, если вы хотите получить это на чипе, вам нужен программатор. Вариантов огромное количество, но я расскажу о самых простых и недорогих. Мы сосредоточены на внутрисистемном программировании (ISP), что означает, что вы можете программировать чип, не удаляя его из схемы.

Кабель DAPA

Прямой параллельный доступ к AVR или кабель DAPA — невероятно простой и дешевый метод программирования. Вы можете построить его очень быстро, заплатив несколько долларов за детали, но удобство сопряжено с несколькими подводными камнями. Во-первых, на вашем компьютере должен быть параллельный порт; то, чего нет у современных ноутбуков и некоторых современных настольных компьютеров. Но если у вас есть старый компьютер, на котором он есть, это поможет вам быстро начать программирование.

Фактически, первый прототип AVR, который я сделал, был с одним из этих кабелей. То есть, пока я не обнаружил еще один глюк. Это запрограммирует только низкоскоростные чипы. Если вы попытаетесь запустить часы чипа на полной скорости (путем изменения настроек предохранителя… подробнее в части 3), вы больше не сможете использовать кабель DAPA для связи с ним. Также существует возможность повреждения параллельного порта или, что еще хуже, если вы сделаете что-то не так. Но если вы все равно хотите пойти на это, вот как я построил свой.

Он подключается к компьютеру с помощью разъема DB25. Как вы можете видеть на схеме, я использовал резисторы на 1 кОм на контактах Reset, SCK, MISO и MOSI для защиты по току. Я не использовал резистор на выводе заземления. Я использовал кусок ленточного кабеля, припаяв один конец к каждой из пяти сигнальных линий, показанных на схеме. На другом конце ленточного кабеля я использовал корпус разъема с шестью слотами, заполнив один из них заглушкой, чтобы можно было отслеживать сигналы. Его легко подключить к штырьковому разъему или к перемычкам, как показано выше. Оглядываясь назад, возможно, было бы лучше использовать разъем IDC 2 × 3 и маршрутизировать сигналы с использованием стандарта AVR ISP (из AVR: In-System Programming PDF). Если вы пойдете по этому пути, скорее всего, вы скоро обновитесь, так что не мучайтесь над деталями дизайна.

Arduino

Было бы упущением пропустить использование Arduino в качестве программатора. Они вездесущи среди встраиваемых систем, и если у вас их еще нет, вы можете попытаться найти кого-нибудь, кто одолжит вам их ненадолго. Все, что требуется, — это написать скетч программатора AVR на Arduino и установить соединения для программирования. Мы рассмотрим этот метод позже в посте.

USBtinyISP

USBtinyISP — это внутрисистемный программатор, основанный на ATtiny2313, который использует соединение USB (посмотрите, откуда взялось это название?). Это неплохой выбор для вашего первого программиста. Если вы уверены в своих навыках, вы можете собрать схему самостоятельно и использовать кабель DAPA, чтобы загрузить прошивку для программирования на чип. Или вы можете просто купить его у Adafruit Industries. Но если вы думаете, что серьезно относитесь к разработке AVR, вам следует подумать о том, чтобы выложить дополнительные деньги на профессионального программиста.

Профессиональные программисты

Программисты Ateml являются золотым стандартом. Они предлагают то, чего нет ни в одном другом оборудовании, которое мы рассмотрели, — возможность восстановить испорченный чип. Если вы хотите использовать контакт сброса в качестве ввода-вывода, вам нужно будет использовать высоковольтное параллельное программирование для связи с вашим чипом. Даже если вы не решите сделать это, в какой-то момент вы облажаетесь, и вам нужно будет восстанавливать процесс, что поможет компенсировать дополнительные расходы на профессионального программиста. Можно использовать Arduino для параллельного программирования высокого напряжения, чтобы восстановить ваш AVR, но это сам по себе еще один хак.

Мы используем AVR Dragon практически для всего. Но STK500 — очень популярная плата, даже несмотря на то, что для ее использования необходим последовательный порт. Он имеет разъемы для чипов, кнопки и светодиоды для встроенного прототипирования. Dragon оставляет опции открытыми с незаполненными сокетами и использует USB-соединение.

Если вы в этом надолго, ничто не заменит ни один из этих вариантов.

Мы должны хотя бы упомянуть MKII, программатор, который предлагает ISP так же, как USBtinyISP, но также предоставляет JTAG, провод отладки и некоторые другие. У нас нет опыта работы с этим устройством, поэтому вам придется провести собственное исследование, если вы хотите узнать больше. Что касается других программистов, используйте Google или проверьте комментарии к этому сообщению, поскольку люди обычно не любят держать в секрете свой предпочтительный выбор программиста.

Загрузчик

Загрузчик на самом деле не программатор, а способ обойти его использование. Загрузчик — это набор кода, который уже находится на вашем микропроцессоре. Он обрабатывает основной ввод и вывод, необходимые для записи вашего кода в память чипа. Плохая новость заключается в том, что они занимают место для программирования, но вам не придется покупать аппаратный программатор.

Программирование чипа с загрузчиком на нем выходит за рамки этого руководства. Но научиться это делать не сложно. Фактически, именно так можно запрограммировать Arduino без отдельного аппаратного программатора.

Установка нашей тестовой схемы

Хватит разговоров, давайте что-нибудь построим! Нам нужны четыре вещи: микроконтроллер, что-то для его питания, какой-то способ его программирования и что-то, чтобы показать нам, что он работает.

Оборудование:

• Макет без пайки
• Соединительные провода
• Микроконтроллер ATmega168
• 78L05 регулятор напряжения
• Электролитический конденсатор 100 мкФ
• Электролитический конденсатор 10 мкФ
• Светодиод
• Резистор 180 Ом (подойдет любой резистор от 180 до 330 Ом)
• Программатор (мы покажем и DAPA, и Arduino)

Что мы делаем

Короче говоря, мы собираемся мигать светодиодом в качестве нашей первой встроенной программы. Для этого требуется несколько компонентов: источник питания, сам микроконтроллер, светодиод и его токоограничивающий резистор.

Блок питания состоит из регулятора напряжения, который принимает входное напряжение выше 7В и выдает постоянное напряжение 5В. Для корректной работы этой схемы требуется два фильтрующих конденсатора. Конденсаторы действуют как резервуары для хранения, поглощая небольшие колебания на шине питания, чтобы обеспечить стабильный источник электроэнергии, чтобы обеспечить безопасность и работоспособность нашего микроконтроллера.

В качестве выхода мы будем использовать светодиод. Мы должны включить резистор, чтобы ограничить количество тока, который будет течь, когда программное обеспечение зажжет его. Без этого токоограничивающего резистора ток будет протекать на уровнях, небезопасных для светодиода, микроконтроллера или того и другого.

Схема цепи

Выше приведена схема, которую мы используем в качестве примера. Схема простого стабилизатора на 5 В с использованием линейного регулятора LM7805 и двух фильтрующих конденсаторов показана слева, отделена от остальных пунктирной рамкой. Если у вас уже есть регулируемый источник питания 5 В, сэкономьте время и используйте его.

Вы также можете заметить, что микросхема на схеме обозначена как AVR-MEGA8. Используемый нами ATmega168 совместим по выводам с ATmega8. Это означает, что вы можете поменять местами один на другой, и все 28 контактов будут там, где они должны быть, так что это не вызовет проблем.

Рекомендуется добавить несколько компонентов, которых здесь нет. Для развязки должно быть два конденсатора по 0,1 мкФ; они отфильтровывают колебания на шинах питания, называемые шумом. Один между VCC и GND, другой между AVCC и AGND (как можно ближе к контактам). На контакте сброса также должен быть подтягивающий резистор, который позволяет невероятно небольшому количеству тока просачиваться на контакт на уровне 5 В. Это микросхема от случайного сброса, когда она плавает (не подключена, поэтому нет четкого значения 0 или 5 В). Я опустил эти части для простоты, и это не должно быть проблемой с этим простым проектом. Но по мере того, как ваши проекты становятся все более сложными, пренебрежение этими соображениями вернется к вам.

Схема, собранная на макетной плате

Я начал сборку схемы с добавления стабилизатора напряжения на макетную плату. Затем подключите заземляющую ножку к шине заземления в верхней части макетной платы, а выходную ножку — к шине напряжения на макетной плате. Я также добавил два провода, которые я в конечном итоге подключу к положительной и отрицательной клеммам 9-вольтовой батареи.

Важно прочитать техническое описание вашего регулятора напряжения (пример: LM7805), чтобы выяснить, какой провод является входом, заземлением и выходом. Ваш регулятор может отличаться от моего, так как они поставляются в разных упаковках. На изображении выше входной провод находится слева, земля — посередине, а выходной — справа.

Теперь я завершил блок питания, добавив конденсатор 100 мкФ между входной ветвью и заземляющей ветвью регулятора и конденсатор 10 мкФ между выходной ветвью и заземляющей ветвью. Обратите особое внимание на эти конденсаторы, один вывод должен быть помечен как отрицательный (полоса со знаком минус) на корпусе каждого конденсатора. Перед добавлением микроконтроллера было бы неплохо проверить выходное напряжение с помощью мультиметра. Слишком много сока может разрушить ваш новый чип.

Убедившись, что у меня есть стабильный источник 5 В, затем отключив аккумулятор, я добавил микроконтроллер ATmega168 на плату. Обратите внимание, что ямочка указывает налево. Это важно, так как стандартная ориентация и нумерация выводов DIP-корпуса показывают, что контакт 1 теперь находится внизу слева, что позволяет нам легко найти другие нужные нам контакты.

К микросхеме также подключено питание и земля. Контакт 7 (VCC) и контакт 20 (AVCC) были подключены к 5V. Контакт 8 (GND) и контакт 22 (AGND) подключены к земле.

Последним шагом является подключение светодиода к выводу 0 на порту D. Наша схема говорит нам, что мы хотим подключить положительный вывод светодиода к выводу 2 на ATmega168, а отрицательный вывод должен быть подключен к незанятому ряд на макетной плате (убедитесь, что вы не присоединяете его к контакту 1). Светодиоды обычно имеют небольшую выемку, приплюснутую на одной стороне пластикового корпуса, чтобы обозначить отрицательную ножку устройства. Последняя часть головоломки — соединить отрицательную сторону светодиода с землей с помощью нашего резистора.

На изображении выше я подключил 9-вольтовую батарею, но ничего не произошло. Это потому, что на чипе еще нет прошивки, чтобы светодиод мигал. Нам нужно будет исправить это на следующем шаге.

Еще раз проверьте все соединения и приступим к программированию микроконтроллера.

Подключение к программатору

Всего шесть подключений для программирования нашего чипа:

• Напряжение
• Земля
• Мастер в ведомом выходе (MISO)
• Главный выход Ведомый вход (MOSI)
• Сброс (RST)
• Ведомые часы (SCK)

Это справедливо для любого программиста, использующего внутрисистемное программирование. Есть даже стандартизированный 6-контактный разъем, который я проектирую в большинстве своих схем, чтобы вы могли легко повторно подключить программатор к печатной плате и обновить прошивку в будущем. Но в этом примере мы просто используем несколько перемычек для соединения. Одна вещь, о которой следует помнить, это использовать только один источник напряжения при программировании. Вы должны либо отключить питание вашей схемы во время программирования, либо не подключаться к линии напряжения на вашем программаторе.

Подключение Arduino в качестве программатора

Использовать Arduino в качестве программатора очень просто. Первое, что вам нужно сделать, это открыть среду разработки Arduino, а затем открыть пример программного обеспечения: ArduinoISP.pde (в папке examples/ArduinoISP). Прошейте его на Arduino обычным способом. Теперь следуйте инструкциям по нацеливанию AVR на макетную плату (внизу этой страницы). Важно: Выберите один источник питания. То есть либо подключите напряжение на плате Arduino к макетной плате, либо подключите аккумулятор к источнику питания, который мы подключили. Выполнение обоих действий может привести к повреждению вашего оборудования.

Вот как мой выглядел после подключения.

Теперь, когда все готово к работе, переходите к следующему разделу: Прошивка прошивки с помощью AVRdude.

Подключение с помощью кабеля DAPA

В зависимости от того, как вы сконструировали кабель DAPA, сделать пять необходимых подключений будет достаточно просто. Обратите внимание, что кабель DAPA не имеет подключения по напряжению. Целевой процессор должен иметь собственный источник питания (например, источник питания, который мы построили на макетной плате) во время программирования. Вот как выглядит мой кабель DAPA после подключения.

Если вы не уверены в правильности подключения, вернитесь назад и сравните конструкцию кабеля DAPA со схемой. Сопоставьте наши пять соединений: MISO, MOSI, RST, SCK и GND.

Прошивка прошивки с помощью AVRdude

Если вы выполняли домашнее задание из части 1 этой серии, у вас уже должны быть установлены инструменты кросс-компилятора. Сначала загрузите пакет прошивки и перейдите в этот каталог в оболочке или в командной строке. Следующие команды можно использовать в системах Linux и OSX для программирования чипа.

Arduino как программатор:

 avrdude -P usb -b 19200 -c avrisp -p m168 -U flash:w:main.hex 

DAPA как программатор:

 avrdude -P /dev/parport0 -c dapa -p m168 -U flash:w:main.hex 

AVR Dragon в качестве программатора:

 avrdude -P usb -c dragon_isp -p m168 -U flash:w:main.hex 

USBtinyISP в качестве программатора:

 avrdude -P usb -c usbtiny -p m168 -U flash:w:main.hex 

Вы можете получить помощь от программы AVRdude, выполнив:

 avrdude -h 

Это распечатает список доступных команд, или вы можете прочитать онлайн-документацию. Пользователям Windows потребуется изменить часть /dev/* команды , чтобы она соответствовала вашему соединению. Вы должны найти страницу Windows онлайн-руководства особенно полезной для этого. Стандартные имена портов Windows включают com0, com1 и т. д. для последовательных портов и lpt0, lpt1 и т. д. для параллельных портов.

Что касается других флагов, используемых в приведенных выше командах программирования:

При использовании Arduino в качестве программатора ISP вы должны указать скорость, используя ‘-b’. Это значение установлено в скетче Arduino и по умолчанию должно быть 19200.

Вам всегда нужно будет указывать какой чип подключен к программатору. Здесь я использовал «-p m168» для нашего ATmega168. Получите список всех совместимых микропроцессоров, набрав

 avrdude -p ? 

То же самое верно и для указания программатора. Вы можете изменить «-p» на «-c» в приведенной выше команде, чтобы получить список программистов.

Последний параметр в командах, которые мы использовали, говорит программисту записать (это «w») файл «main.hex» во флэш-память. Часть команды используется для многих вещей, включая изменение фьюз-битов на микросхеме. Об этом я расскажу в третьей части серии.

Отладка

В этот момент ваш светодиод должен мигать довольно счастливо. Это что? Это не? Время начать настоящее обучение. Вот список для начала:

• Вы успешно запрограммировали чип? Вы должны получить сообщение: «258 байт флэш-памяти проверено» и «avrdude готово. Спасибо.»
• Если у вас возникла ошибка во время программирования, сначала проверьте, подается ли питание на ваш чип.
• Попробуйте еще раз ввести команду программирования, используя «-v» вместо «flash:w:main.hex». Это просто попытается связаться с чипом вместо того, чтобы писать в него, и очень удобно при работе с программными ошибками
.
• Перепроверьте соединения для программирования, чтобы убедиться, что правильные сигналы подключены к нужным контактам
• Убедитесь, что у вас есть правильный порт на компьютере и что у вас есть разрешение на использование этого порта. Пользователи Linux могут попробовать обратиться к чипу с флагом -v как ROOT, чтобы узнать, есть ли проблема с правами доступа. Если это работает, вам нужно добавить своего пользователя в группу, имеющую разрешение на доступ к порту, к которому подключен программатор 9.0006
• Если вы успешно запрограммировали чип, вам следует перепроверить оборудование. Установлен ли светодиод задом наперед, чтобы он не загорался?
• Отправляйтесь в Google и начните поиск… Обычно это играет роль в процессе разработки, так что не расстраивайтесь. Многие люди уже столкнулись с проблемой, с которой столкнулись вы, и в конце концов они справились.

Заключение

Вы сделали это, ваша первая встраиваемая схема жива! Пока он просто мигает, чтобы вы знали, что все работает. Но в следующий раз мы поговорим о том, как это было достигнуто, что мы можем сделать, чтобы заставить его вести себя по-другому, и как использовать компилятор для преобразования наших изменений кода в файл, который может запускать микроконтроллер. Спасибо за чтение, и мы увидим вас снова здесь для следующего выпуска.

Следуйте за ME

@SZCZYS

Пакет прошивки: загрузка пакета или GitHub Page

Atmel AVR ATMEGA168 DATASHEET (PDF)

AVR DUDE ONLINE DOCUMATION

AVR IN-SYSTSTEST.

Заголовок программирования AVR ISP:

Интерфейсы программирования AVR® — Помощь разработчикам

Интерфейсы программирования AVR®

HVPP

Прежде всего важно понять, что все (см. Исключения ниже) устройства Tiny и Mega на базе AVR включают HVPP (параллельное программирование высокого напряжения) или интерфейс программирования HVSP (последовательное программирование высокого напряжения). Оба требуют приложения «высокого напряжения» (12 В) к контакту сброса, и оба требуют доступа к большому количеству контактов. Для интерфейса HVPP требуется доступ как минимум к 16 контактам, а для интерфейса HVSP требуется доступ как минимум к 8 контактам. По этим причинам эти интерфейсы в основном используются для производственного программирования устройств. На следующей схеме показаны необходимые соединения HVPP для ATmega328PB (см. раздел 33.7 в техпаспорте ):

Хорошие новости для …

• Интерфейсы HVPP или HVSP всегда включены, поскольку их нельзя непреднамеренно отключить настройкой предохранителя или действием пользователя.

плохие новости …

• Они почти никогда не являются реалистичным вариантом программирования, когда Tiny или Mega припаяны к специальной плате, потому что для них просто требуется слишком много контактов.

Интернет-провайдер/JTAG

В дополнение к интерфейсам HVPP или HVSP все (см. Исключения ниже) устройства Tiny и Mega также включают один или два «стандартных» интерфейса программирования: ISP или JTAG.

ISP (внутрисхемное последовательное программирование) позволяет перепрограммировать программную память в системе через последовательный интерфейс SPI. На следующей схеме показаны необходимые подключения к интернет-провайдеру для ATmega328PB (см. раздел 33.9 в техническом описании ):

Хорошие новости для …

• Для этих стандартных интерфейсов требуется только 3 или 4 контакта.

Плохие новости …

• Они могут быть легко отключены неправильной установкой предохранителя.

Комбинированные интерфейсы

Все (см. Исключения ниже) устройства Tiny и Mega включают одну из двух следующих комбинаций интерфейсов программирования:

• HVPP (или HVSP) и ISP
• HVPP (или HVSP) и ISP и JTAG

Интерфейсы ISP и JTAG являются стандартными программными интерфейсами для устройств Tiny и Mega. Рекомендуется включить заголовок программирования для одного из двух интерфейсов на любой пользовательской плате, чтобы при необходимости можно было удобно перепрограммировать устройство.

Если устройство имеет только интерфейс ISP и отключено с помощью настройки предохранителя, восстановление возможно только через его интерфейс HVPP или HVSP (что, скорее всего, физически невозможно) .

Если устройство имеет интерфейсы ISP и JTAG, и один из этих двух отключен настройками предохранителей, другой интерфейс можно использовать для доступа к части, если доступны необходимые контакты . Интерфейс ISP требует 3 контакта, а интерфейс JTAG требует 4 контакта, поэтому более вероятно, что к любому из этих интерфейсов будет проще получить доступ, чем к интерфейсам HVSP или HVPP.

• Устройства Tiny4/5/9/10/20/40 не имеют интерфейса HVPP или HVSP. У них всего TPI (крошечный программный интерфейс). Более новые устройства, такие как устройства Tiny417/817/1617 , имеют только UPDI (унифицированный программный и отладочный интерфейс). Пока у вас есть доступ к этим интерфейсам, можно не беспокоиться о том, что эти устройства будут «заблокированы».