[Микроконтроллеры] Часть первая. Знакомство с AVR.
Первую схему на микроконтроллере я увидел лет 5-6 назад в журнале радио, и практически сразу же перелистнул страницу, подумав про себя "все равно не смогу собрать”. Действительно, в то время МК для меня были чем то очень сложным и непонятым устройством, я не представлял как они работают, как их прошивать, и что делать с ними в случае неправильно прошивки. Но около года назад, я впервые собрал свою первую схему на МК, это была схема цифрового вольтметра на 7 сегментых индикаторах, и микроконтроллере ATmega8. Так получилось, что микроконтроллер я купил случайно, когда стоял в отделе радиодеталей, парень передо мной покупал МК, и я тоже решил купить, и попробовать собрать что нибудь. В своих статьях я расскажу вам про микроконтроллеры AVR ATMEL, научу вас работать с ними, рассмотрим программы для прошивки, изготовим простой и надежный программатор, рассмотрим процесс прошивки и самое главное проблемы, которые могут возникнуть не только у новичков.
Основные параметры некоторых микроконтроллеров семейства AVR:
Дополнительные параметры МК AVR mega:
Рабочая температура: -55…+125*С Температура хранения: -65…+150*С Напряжение на выводе RESET относительно GND: max 13В Максимальное напряжение питания: 6.0В Максимальный ток линии ввода/вывода: 40мА Максимальный ток по линии питания VCC и GND: 200мА
Установочные FUSE биты MK AVR
Запомните, запрограммированный фьюз – это 0, не запрограммированный – 1. Осторожно стоит относиться к выставлению фьюзов, ошибочно запрограммированный фьюз может заблокировать микроконтроллер. Если вы не уверены какой именно фьюз нужно запрограммировать, лучше на первый раз прошейте МК без фьюзов.
Самыми популярными микроконтроллерами у радиолюбителей являются ATmega8, затем идут ATmega48, 16, 32, ATtiny2313 и другие. Микроконтроллеры продаются в TQFP корпусах и DIP, новичкам рекомендую покупать в DIP. Если купите TQFP, будет проблематичнее их прошить, придется изготовить или найти переходник и паять плату т.к. у них ножки распологаются очень близко друг от друга. Советую микроконтроллеры в DIP корпусах ставить на специальные панельки, это удобно и практично, не придется выпаивать МК если приспичит перепрошить, или использовать его для другой конструкции.
Почти все МК имеют возможность внутрисхемного программирования ISP, т.е. если ваш микроконтроллер запаян на плату, то для того чтобы сменить прошивку нам не придется выпаивать его с платы. Есть и исключения, например, если вывод RESET МК соединен скажем резистором или диодом с другими цепями, лучше один конец этого элемента отпаять, иначе МК прошьется криво, и не будет работать.
Для программирования используется 6 выводов:
RESET --- Вход МК VCC --- + питания, 3-5В, зависит от МК GND --- Общий провод, минус питания. MOSI --- Вход МК (инфомациооный сигнал в МК) MISO --- Выход МК (информационный сигнал из МК) SCK --- Вход МК (тактовый сигнал в МК)
Иногда еще используют вывода XTAL 1 и XTAL2, на эти вывода цепляется кварц, если МК будет работать от внешнего генератора, в ATmega 64 и 128 вывода MOSI и MISO не применяются для ISP программирования, вместо них вывода MOSI подключают к ножке PE0, a MISO к PE1. При соединении микроконтроллера с программатором, соединяющие провода должны быть как можно короче, а кабель идущий от программатора на порт LPT так-же не должен быть слишком длинным.
В маркировке микроконтроллера могут присутсовать непонятные буквы с цифрами, например Atmega 8L 16PU, 8 16AU, 8A PU и пр. Буква L означает что МК работает от более низкого напряжения, чем МК без буквы L, обычно это 2.7В. Цифры после дефиса или пробела 16PU или 8AU говорят о внутренней частоте генератора, который есть в МК. Если фузы выставлены на работу от внешнего кварца, кварц должен быть установлен на частоту, не большую максимальной по даташиту, это 20мГц для ATmega48/88/168, и 16мГц для остальных атмег.
ATmega 8 имеет несколько выводов питания, цифровое – VCC, GND и аналоговое – AVCC, GND. В стандартном включении обе пары выводов соединяют параллельно, т.е. вместе. Микроконтроллеры AVR не любят повышенного напряжения, если питание выше 6 вольт то они могут выйти из строя. Я обычно применяю маломощный стабилизатор напряжения на 5 вольт, КР142ЕН5 или 78L05. Если напряжение питания слишком низкое, то МК не прошьется, программа будет ругаться и выдавать ошибки (к примеру -24 в PonyProg).
Решение некоторых проблем с AVR.
C разными программаторами, и с разными программами возникают разные ошибки, но некоторые ошибки между собой очень похожи, и устраняются одинаково. Во первых микроконтроллеры подключайте строго к указанным выводам: RESET, VCC, GND, MOSI, MISO, SCK. Если спутаете вывода, или забудете припаять один из контактов, МК не прошьется. Случайно МК в панельку можно поставить спутав вывода, т.е. задом на перед, от этого МК не сгорит, но и не прошьется конечно тоже. Напомню еще раз, что у некоторых МК, например в ATmega 64 и 128 вывода MOSI и MISO не применяются для ISP программирования, вместо них вывода MOSI подключают к ножке PE0, a MISO к PE1. Напряжение питания не должно быть ниже чем нужно, иначе МК не будет программироваться, программы будут выдавать ошибки о том, что не могут обнаружить МК.
Записывать левые программы, например программу, предназначенную для ATmega8 в ATmega48 нельзя. Бывает, что вы запрограммировали МК и файлы прошивки удалили с компьютера, а найти прошивку чтобы прошить другой МК не можете найти. В таких случаях просто считываете программу с микроконтроллера, например с помощью CVAVR и сохраняете его на ПК, затем этой прошивкой прошиваете другой МК.
Если вы случайно запрограммировали какой то фьюз, после чего МК залочился, вспомните, что это был за фьюз, некоторые МК с неправильно зашитыми фьюзами удается восстановить, есть несколько способов как это сделать. На К155ЛА3 можно собрать генератор чтобы восстановить МК с запрогаммированным RSTDSBL, если вы выставили фьюзы на работу от внешнего генератора, подавая сигнал на вывод XTAL1 некоторые умудряются таким способом восстановить МК. Также фузами можно выставить тактирование от внешней RC цепочки. В таком случае придется собрать RC цепочку чтобы опять запустить МК. Ещё есть фьюзы DWEN, SPIEN..., установив которые, вы отключите возможность пользоваться ISP программатором.
Честно говоря, у меня до сих пор валяются три залоченных микроконтроллера, две меги48 и одна мега8, однажды мегу 8ю, которая перестала определяться в программаторе PonyProg (работает через COM порт) я восстановил собрав программатор STK200.
Иногда встречаются схемы, где применены микроконтроллеры с названиями типа AT90S… это старые модели микроконтроллеров, некоторые из них можно заменить на современные, например:
На этом закончим, пока можете выбрать в интернете понравившуюся схему и изучить ее, можете заодно сходить и купить нужный микроконтроллер. В следующих частях статьи мы будем собирать простой и надежный программатор, познакомимся с программами для прошивания, попробуем прошить МК.
