Самодельный ардуино на atmega8. Development board ATMEGA8 анти-ардуино-одурино. Радиотехника, электроника и схемы своими руками. Загрузка программ на Shrimp

22.02.2024

Многие радиолюбители, начинали знакомство с микроконтроллерами через Arduino. Большинству пользователей mysku известно про этот электронный конструктор и удобную платформу для быстрой разработки электронных устройств, поэтому особо останавливаться на достоинствах и недостатках самой платформы я не буду.

В обзоре будет описана возможность использования Arduino в качестве программатора далее по тексту Arduino ISP. Кому интересно, прошу под кат.

Наигравшись с различными модулями к Arduino, у меня возникло желание создать полноценное устройство, которое будет полезно в повседневной жизни.
Случайно наткнувшись в интернете на проект , решил попытаться его повторить.

Прочитав описание проекта, были сформулированы основные для меня проблемы или как принято говорить подводные камни:
- Создание печатной платы;
- Прошивка микроконтроллера Atmega8A в корпусе TQFP-32.

До этого я не вытравил ни одной платы и прошивал только встроенный в Arduino микроконтроллер в корпусе DIP.

Atmega8 в корпусе TQFP-32 помимо достоинств, таких как более низкая цена и меньший размер по сравнению с DIP, имеет и недостаток - это неудобство прошивки микроконтроллера и более сложный монтаж на плату.

Устранить первый недостаток можно различными способами:
- Приобрести переходник TQFP32 TO DIP32, который имеет механизм зажима. Стоимость около 1 тыс. рублей;
- Приобрести переходник TQFP32 TO DIP32, который не имеет механизма зажима, рассчитан на припаивание микроконтроллера. Стоимость около 100 рублей за 5 штук;
- Сделать печатную плату-переходник TQFP32 TO DIP32 своими руками;
- Припаять тонкие провода к нужным ножкам и отпаять после прошивки.

Выбрав предпоследний вариант, чтобы не ждать еще месяц доставки, я приступил к созданию печатной платы по методу ЛУТ. Информации и роликов в интернете о данном методе очень много и каждый без труда сможет повторить его дома. Вытравив плату в хлорном железе и припаяв штырьки, получился вот такой переходник:

Исходные файлы для Sprint Layout, можно скачать .

Припаиваем Atmega8 феном или паяльником. Можно «прихватить», только 8 ножек, которые участвуют в прошивке. Не рекомендую использовать различные зажимы или «колхозить» с прищепками.

Подключаем Arduino Uno к компьютеру по USB и загружаем скетч Arduino ISP. Компилируем и прошиваем Arduino Uno. В комментариях, есть подсказка по подключению для прошивки через Arduino ISP, нам потребуются пины MOSI, MISO, RESET, GND, GND, VCC, VCC, SCK.

// pin name: not-mega: mega(1280 and 2560) // slave reset: 10: 53 // MOSI: 11: 51 // MISO: 12: 50 // SCK: 13: 52

Общая схема подключения будет выглядеть следующим образом:

Для прошивки будем использовать консольную утилиту :

Avrdude -p m8 -P USB15 -c arduino -b 19200 -U lfuse:w:0xE4:m -U hfuse:w:0xDA:m -U flash:w:main.hex

Где -p m8 - Прошиваемый микроконтроллер в нашем случаи Atmega8;
-P USB15 - Имя порта, под которым опеределяется программатор Arduino ISP;
-с arduino - Тип программатора;
-b 19200 - Скорость USB порта;
-U flash:w:main.hex - Прошивка;
-U lfuse:w:0xE4:m -U hfuse:w:0xDA:m - Фьюзы.

После успешной прошивки, можно дополнительно сравнить код на flash с исходным hex файлом:

Avrdude -p m8 -P USB15 -c arduino -b 19200 -U flash:v:main.hex

Если у Вас нет в наличии Arduino, то в качестве дешевого программатора, можно использовать . Его стоимость порядка 100 руб.

В заключении, продемонстрирую фотографии устройства, которое я собрал по проекту ClusterM.

Фотографии

Особенности:
- Эмуляция iButton/Cyfral/Metacom;
- Считывание iButton/Cyfral;
- Синхронизация базы ключей с компьютером по USB;
- Компактный размер платы;
- Низкое энергопотребление, автор проекта сообщал, что от одного комплекта батареек устройство работает около года;

На этот раз я поведаю о том, как сделать Ардуино своими руками, да еще и без паяльника. Схема этого простого Ардуино-клона называется Shrimp . Самодельный Shrimp полностью совместим с Arduino IDE, так что можно легко запускать на нем любые скетчи. Сразу следует отметить, что для создания Shrimp с нуля потребуется рабочая плата Ардуино. Она необходима для установки загрузчика на пустой микроконтроллер. Если под рукой нет Ардуино, то можно приобрести уже прошитый микроконтроллер и сразу прыгнуть к разделу 2. Для создания Shrimp нам потребуется:

микроконтроллер ATMEGA328P-PU;
резистор 10 кОм;
конденсатор 10-100 мкФ, электролитический;
конденсатор 22 пФ, керамический — 2 шт;
конденсатор 100 нФ, керамический — 4 шт;
кнопка тактовая;
кварц 16 МГц;
макетная плата;
набор перемычек для макетной платы;
USB — UART конвертер на основе FT232R, CP2102 или CH340.

1. Копирование загрузчика на чистый микроконтроллер

Обычно, чтобы записать программу в микроконтроллер требуется использовать отдельное устройство — программатор. Ардуино же хороша тем, что программатор ей не нужен. Вместо него, используется особая микропрограмма, называемая загрузчиком (bootloader). Этот загрузчик умеет принимать программы из вне и записывать их во флеш-память микроконтроллера. Так вот, загрузчик записывается в микроконтроллер на заводе. И чтобы заставить наш Shrimp работать, мы должны повторить эту процедуру. Вот здесь-то нам и потребуется другая плата Ардуино, о которой упоминалось в самом начале. Процедура установки загрузчика состоит из трёх шагов. Шаг 1. Установка на рабочую плату Ардуино специальной программы — OptiLoader Открытая программа OptiLoader позволяет прошить загрузчик optiboot в микроконтроллер нашего Shrimp. На момент написания статьи OptiLoader поддерживал микроконтроллеры: ATmega8, ATmega168, ATmega168P, ATmega168PB, ATmega328, ATmega328P, ATmega328PB. Качаем архив по одной из ссылок:

из официального репозитория: https://github.com/WestfW/OptiLoader
с нашего сайта:

Распаковываем архив и открываем скетч в Arduino IDE. Загружаем скетч в рабочую плату Ардуино. Отключаем Ардуино от питания USB. Примечание. Если скачать программу с github, то нужно будет переименовать папку «optiLoader-master» в просто «optiLoader» Шаг 2. Подключение чистого микроконтроллера Соединяем рабочую плату Ардуино с чистым микроконтроллером по приведенной схеме. Здесь все очень просто. Внимательно смотрим на картинку, вставляем проводки, семь раз проверяем. Принципиальная схема Внешний вид макета

Шаг 3. Прошивка загрузчика (bootloader) Теперь подключим Ардуино к питанию через USB. Сразу после включения, программа начнет копирование загрузчика на чистый микроконтроллер. При это будут активно мигать светодиоды RX и TX. Как только светодиоды перестанут мигать — копирование окончено. Если что-то пошло не так и светодиоды не мигают, можно открыть COM-монитор. OptiLoader отображает весь процесс копирования загрузчика. В случае успеха, отчет о процедуре будет выглядеть следующим образом.

2. Загрузка программ на Shrimp

Итак, теперь у нас есть самодельный Arduino с прошитым загрузчиком. Чтобы залить на него какой-нибудь скетч, нам потребуется частично разобрать предыдущую схему, и дополнить её новыми элементами.В частности, добавляется кнопка сброса, и защитные цепи питания.

EGYDuino – это клон Arduino, который можно изготовить самостоятельно, на односторонней печатной плате. Это простое и дешевое решение, которое можно изготовить в домашних условиях, причем на 100% совместимое с Arduino.

Описание

Микроконтроллер ATmega8 отвечает за последовательное подключение по USB. Он может быть запрограммирован с помощью . AVR-CDC создает виртуальный СОМ-порт на ПК после подключения устройства и устанавливает соответствующий драйвер. Микроконтроллер ATmega 8,168 следует запрограммировать с помощью загрузчика ArduinoNG boatloader . Данную операцию можно выполнить с использованием еще одной платы Arduino (выберите ISP программатор) и среды разработки Arduino IDE, или отдельного программатора (USB, последовательного или параллельного), например, USBasp с надлежащим программным обеспечением. Также вы можете использовать загрузчик Arduino Duemilanove для ATmega 168 или 328.

Плата имеет следующие характеристики:

Использует микроконтроллер ATmega8 как интерфейсную ИС
- USB-соединение с ПК
- Стандартная кнопка RESET
- 100% совместимость по выводам с Arduino
- Регулятор 5В
- Выход 3.3В
- Совместимый размер и конструкция
- Все компоненты вставляются в сквозные монтажные отверстия на плате
- USB или DC выключатель питания
- Светодиод для вывода PIN13 с перемычкой
- Светодиод питания
- ICSP-разъем
- Легко изготовляемая
- Микроконтроллеры ATmega8,168,328 с использованием загрузчика arduinoNG
- Стандартное гнездо DC питания

Плата EGYDuino может запитываться через USB-коннектор, или стабилизатор напряжения внешнего адаптера.

Схема

Полная схема устройства показана ниже

Печатная плата

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Мой блокнот
IC1	Микроконтроллер	ATmega8-P	1	В блокнот
IC2	МК AVR 8-бит	ATmega328	1	В блокнот
IC3	Линейный регулятор	LM7805	1	В блокнот
D1	Выпрямительный диод	1N4001	1	В блокнот
D2, D3	Стабилитрон	3.6 В	2	В блокнот
С1, С2, С5, С6	Конденсатор	22 пФ	4	В блокнот
С3	Конденсатор	1000 пФ	1	В блокнот
С4, С7, С10	Конденсатор	0.1 мкФ	3	В блокнот
С8, С9	Электролитический конденсатор	100 мкФ	2	В блокнот
R1, R2	Резистор	68 Ом	2	В блокнот
R3	Резистор	1.5 кОм	1	В блокнот
R4, R6	Резистор	10 кОм	2	В блокнот
R5	Резистор	1 кОм	1	В блокнот
R7	Резистор	470 Ом	1	В блокнот
Q1, Q2	Кварцевый резонатор	16 МГц	2	В блокнот
LED1	Светодиод	Красный	1

Для работы с микроконтроллером ATmega8 или с Arduino устройством на ATmega8 в среде разработки Arduino программу Arduino необходимо настроить. Нужно добавить в файл hardware/arduino/boards.txt параметры поддерживаемых устройств на микроконтроллере ATmega8.

Возможно, будет необходимо добавить файлы bootloader (загрузчик) в папку hardware/arduino/bootloaders/optiboot.

Микроконтроллер ATmega8 может работать на частоте 0-16МГц при напряжении ~5В, а ATmega8L на частоте 0-8МГц и ATmega8A на частоте 0-16МГц в широких пределах напряжения питания. Это по паспорту, а практически, при напряжении 5В, все микроконтроллеры серии ATmega8 могут работать на частоте 16МГц с внешним кварцевым резонатором и на частотах 8, 4, 2, 1МГц с внутренним генератором.

Существует вариант платы Arduino на микроконтроллере ATmega8, это Arduino NG. Среда разработки Arduino (Arduino IDE) готова к работе с микроконтроллером ATmega8, но только с одним устройством - это плата Arduino NG с микроконтроллером ATmega8 на частоте 16МГц с внешним кварцевым резонатором. Так обстоят дела в Arduino v. 1.0.6. Кроме того, для Arduino NG предлагается не самый оптимальный и главное не удобный bootloader.

Для того, чтобы была возможность программировать микроконтроллеры ATmega8 работающие на разных частотах с кварцевым резонатором и без него необходимо внести изменения в файл hardware/arduino/boards.txt Например, можно добавить в него следующие секции:

# http://optiboot.googlecode.com # http://homes-smart.ru/index.php/oborudovanie/arduino/avr-zagruzchik ############################################################## atmega8o.name=ATmega8 (optiboot 16MHz ext) atmega8o.upload.protocol=arduino atmega8o.upload.maximum_size=7680 atmega8o.upload.speed=115200 atmega8o.bootloader.low_fuses=0xbf atmega8o.bootloader.high_fuses=0xdc atmega8o.bootloader.path=optiboot50 atmega8o.bootloader.file=optiboot_atmega8.hex atmega8o.bootloader.unlock_bits=0x3F atmega8o.bootloader.lock_bits=0x0F atmega8o.build.mcu=atmega8 atmega8o.build.f_cpu=16000000L atmega8o.build.core=arduino:arduino atmega8o.build.variant=arduino:standard ############################################################## a8_8MHz.name=ATmega8 (optiboot 8 MHz int) a8_8MHz.upload.protocol=arduino a8_8MHz.upload.maximum_size=7680 a8_8MHz.upload.speed=115200 a8_8MHz.bootloader.low_fuses=0xa4 a8_8MHz.bootloader.high_fuses=0xdc a8_8MHz.bootloader.path=optiboot a8_8MHz.bootloader.file=a8_8MHz_a4_dc.hex a8_8MHz.build.mcu=atmega8 a8_8MHz.build.f_cpu=8000000L a8_8MHz.build.core=arduino a8_8MHz.build.variant=standard ############################################################## a8_1MHz.name=ATmega8 (optiboot 1 MHz int) a8_1MHz.upload.protocol=arduino a8_1MHz.upload.maximum_size=7680 a8_1MHz.upload.speed=9600 a8_1MHz.bootloader.low_fuses=0xa1 a8_1MHz.bootloader.high_fuses=0xdc a8_1MHz.bootloader.path=optiboot a8_1MHz.bootloader.file=a8_1MHz_a1_dc.hex a8_1MHz.build.mcu=atmega8 a8_1MHz.build.f_cpu=1000000L a8_1MHz.build.core=arduino a8_1MHz.build.variant=standard ############################################################## a8noboot_8MHz.name=ATmega8 (no boot 8 MHz int) a8noboot_8MHz.upload.maximum_size=8192 a8noboot_8MHz.bootloader.low_fuses=0xa4 a8noboot_8MHz.bootloader.high_fuses=0xdc a8noboot_8MHz.build.mcu=atmega8 a8noboot_8MHz.build.f_cpu=8000000L a8noboot_8MHz.build.core=arduino a8noboot_8MHz.build.variant=standard ##############################################################

Теперь в программе Arduino в меню Сервис / Плата появятся следующие устройства:

ATmega8 (optiboot 16MHz ext)
ATmega8 (optiboot 8 MHz int)
ATmega8 (optiboot 1 MHz int)
ATmega8 (no boot 8 MHz int)

Первые три устройства на микроконтроллере ATmega8 содержат bootloader, являются Arduino совместимыми и в них непосредственно можно загружать скетчи (программы) из среды разработки Arduino. Четвертое устройство не содержит bootloader, это может быть отдельная микросхема ATmega8. В ATmega8 (no boot 8 MHz int) скетчи из программы Arduino можно загружать через программатор, в том числе и через программатор на базе платы Arduino.

ATmega8 (optiboot 16MHz ext) работает с внешним кварцевым резонатором, остальные устройства с внутренним генератором.

Параметры в файле hardware/arduino/boards.txt определяют fuse биты, путь к файлу загрузчика (bootloader), тип микроконтроллера и его частоту. Fuse биты записываются в микроконтроллер (с загрузчиком или без него) когда вы выбираете пункт меню Сервис / Записать загрузчик . Fuse биты определяют на какой частоте будет работать Ваш микроконтроллер и другие важные параметры, в том числе и такие, от которых зависит его работоспособность, перепрограммируемость и т.д.

Fuse биты НЕ записываются в микроконтроллер когда вы заливаете скетчи. Если в меню Сервис / Плата будет выбрано не подходящая платформа то:

При загрузке скетчей
- Не подходящая частота - приводит к изменению скорости работы программ
- Не подходящий процессор - приводит к неработоспособности программ
При записи загрузчика
- Не подходящая частота - может привести к неработоспособности микроконтроллера в данной системе
- Не подходящий процессор (fuses) - к блокировке микроконтроллера

Внимание , Ваши не корректные действия могут вывести из строя микроконтроллер для восстановления которого потребуется программатор.

Bootloader для микроконтроллера ATmega8.

Optiboot bootloaders для различных рабочих частот микроконтроллера можно скачать с сайта Конструктор загрузчика .

Bootloaders Optiboot - это не зависимая свободная разработка загрузчиков, признанная разработчиками Arduino. Optiboot предназначен для использования в разных вариантах Arduino и для множества микроконтроллеров Atmel. Основные отличия загрузчика Optiboot от конкурентов - это до четырех раз уменьшенный размер кода, сокращение бесполезных задержек в работе микроконтроллера, высокая скорость загрузки скетчей с компьютера.

Размещайте файлы bootloaders в программе Arduino в соответствии с тем, что написано в файле hardware/arduino/boards.txt. Например, для устройства ATmega8 (optiboot 16MHz ext) файл загрузчика необходимо поместить в папку hardware/arduino/bootloaders/optiboot50 и имя файла должно быть optiboot_atmega8.hex

Очень давно хотел собрать свою плату Arduino, смотрел на схемы, но так и не решался. Причин было несколько:

В моем ноутбуке отсутствует COM порт, потому версия с COM портом мне не подходит
USB версия использует очень дорогую микросхему FT232R

Ну вот однажды я наткнулся на статью на Хабре, где использовали конвертер на AVR вместо FT232R (схемы там нет), а так же на Zelectro аналогичную реализацию, но на микроконтроллере Atmega8. Последняя была сделана на базе японского проекта . Именно все это и вдохновило меня сделать собственную реализацию Arduino.

И так, если зайти на сайт AVR-CDC и посмотреть последние изменения (в архиве с прошивкой, на сайте нет информации) то там реализованы линии Rx Tx, а так же DTR, CTS, RTS не только на относительно дорогой ATMega8, но и на дешевой AtTiny2313. Работают последние линии только на кварце в 16 или 20 мгц. Именно на основе данного чипа я решил собрать USB — UART преобразователь.

Прошивка AtTiny2313 под кварц 16 мгц —
USB драйвер —
Fuse bits — HFuse: CD; LFuse: FF

Часть Arduino взята с официального сайта практически без изменений.

Плата питается как от USB так и от внешнего питания. На плате установлен стандартный для программатора AVR910 разьем для прошивки основного чипа. В моем случае это AtMega8, но можно использовать и AtMega168.

Для работы программатора AVR910 в фале конфигурации программатора..\Arduino\arduino-1.0.6\hardware\arduino\programmers.txt необходимо добавить следующие строки: