Системный интегратор. Бюджетный USB Arduino своими руками Минимальная arduino своими руками atmega8
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:
Avr910.name=avr910 avr910.protocol=avr910 avr910.communication=serial avr910.speed=115200
Выше указанный файл редактируется нормально только редактором Notepad++. В обычном Notepad он выглядит не читабельно.
Ниже привожу фото этого Arduino в сборке от Павла!
Самодельное USB Arduino с программатором
А теперь переходим к практическим действиям. Превращать в Arduino будем отладочную плату, но все действия спроведливы для простого МК, кварца и пары кондеров. И так, поехали.
На плате расширения по умолчанию установлен кварц на 7,3728МГц. Для Arduino это не пойдет. Значит берем и меняем его на 16МГц.
Далее нам понадобится залить загрузчик в нашу плату. Для этого берем любую плату Arduino. У меня под рукой Arduino UNO. Если у вас еще нет Arduino, то пора ее преобретси. Купить ее можно в магазине Чип Резистор . И так, Arduino UNO у нас есть. кладем перед собой справа на столе Arduino UNO, а слева плату расширения ATmega8A. С правой стороны у этих плат есть разъем ISP с классической Атмеловской распиновкой.
Смело берем проводки и соеденяем эти разъемы один к одному за исключением 5 пина.
Теперь берем проводок и одним концом вставляем в 5-й пин на плате расширения ATmega8A, а второй конец на вывод Arduino UNO Digital 10. Должно получится вот так.
В итоге после всех манипуляций, у нас должен быть вот такой вид.
Если все отлично, то подключаемся к USB компьютера. При правильном подключении должны загорется светодиоды на Arduino UNO и красный светодиод на плате расширения ATmega8A. (К сожелению на фото провода загородили светодиод, но поверьте он горит)
Переходим к программным процедурам. А вот тут всех любителей МК ATmega8 ждет большая подстава от производителей Arduino. На текущий момент версия IDE 1.6.3 не поддерживает эти МК. Точнее конфигурационные файлы и загрузчик есть, но залить его нельзя. Дело в том что Arduino перешли на минимальный МК ATmega328P, а эта зараза имеет Extended Byte Fuse. А порстая восьмерка нет. Из-за этой дряни загрузчик не заливается, а ругается на отсутствия этих битов. Поэтому нужно загрузчик заливать старой версией IDE. У кого ее нет, можете скачать у меня . Это версия 1.0.3 и ее не надо устанавливать. Просто разархивируйте куда-нибудь и все. Далее просто запустите программу из этой папки. А теперь давайте настроим программу для заливки нашего МК. Для начала выбераем из примеров программатор ArduinoISP и заливаем его в Arduino UNO или какую вы сейчас используете.
После заливки, нужно заменить плату Arduino UNO или какая у вас на Arduino NG or older w/ATmega8 .
Все. Можно заливать. Нажимаем Сервис -> Записать загрузчик и ждем окончания записи.
Готово. Arduino родилась. Отключаем все провода, а плату расширения вешаем на отладочную плату GSMBOARD 1.1. Далее берем плату расширения USB-TTL и соединяем проводами GND - GND, RXD - TXD, TXD - RXD и подаем питание. Должен загореться зеленый светодиод.
Если все заработало, выключаем старую прогу и запускаем самцю последнюю версию. На сегодня это 1.6.3 и пишем вот такой код. void setup() { pinMode(2, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(2, HIGH); delay(2000); digitalWrite(2, LOW); while(1); } Собственно что тут происходит. Сначала инициализируем пин 2 на выход. Затем выводим на него единицу, ждем две секунды и прижимаем к нулю. Затем вваливаемся в бесконечный цикл. Дабы было понятно, вот картинка во что превратилась отладочная плата.
Как видно второй пин как раз отвечает за включение и выключение модуля. Теперь самое время залить наш скетч в свежеиспеченную Arduino. Для этого перенастроим IDE выбрав пункты как на картинке ниже. И не забудьте поменять порт на USB-TTL.
Все настроили. Жмем залить скетч. Все бы хорошо да ошибка вылезла. Эх. Вот тут что за грабля заволялась. На Arduino используется виртуальный COM порт для загрузки программ. Работает это так. Сначала IDE компилит проект, затем дергает ножку ресета МК, а так как сначала запускается загрузчик, то IDE увидев его начинает лить программу во флеш. А если после компиляции не дернуть ресет МК, то IDE загрузчика не дождется и вывалит ошибку. Для дерганья ресета на всех Arduino заведена ножка COM порта DTR. На плате расширения USB-TTL этой ноги нет, поэтому когда IDE скомпилит проект и напишет Вгружаем .
Судорожно нажимаем и отпускаем кнопку сброса на плате расширения ATmega8A. IDE подцепит загрузчик и зальет программу во флеш. Все, прога потупит немного и включит GSM модуль. Если все сделали правильно, то должно быть как на картинке.
Для счастливых обладателей переходников USB-RS232 можно вывести ножку DTR из порта (естественно через микросхему MAX3232) на ресет МК. Это пин 5 на разъеме ISP через конденсатор 100нф. То есть DTR - конденсатор - RES. И тогда IDE будет сама дергать ресет. В любом случае должна получится вот такая картина. Программа отработала и включила модуль.
Теперь можно ковыряться с GSM модулем. Если возникнут вопросы, пишите. Попробуем разобраться.
АНОНИМ 02.02.16 22:32
Спасибо за статью. Теперь в своей ардуино уно я могу использовать и мегу 8.
niko19 25.12.16 23:03
Нахрена проделывать все это с платой расширения и получить Ардуину, если на столе уже готовая Ардуина лежит? Вопрос стоит, как сделать самодельную Ардуину, скажем так на макетной плате, из завалявшейся Мега8 и кварца.Что нужно залить в Мегу, буквально по пунктам, а еще лучше готовый файл прошивки, У меня например имеется параллельный программатор, впрочем и последовательный тоже есть, а готовой Ардуины нет...
Алексей 25.12.16 23:40
Ардуино это микроконтроллер фирмы атмел с залитым загрузчиком для работы с IDE от ардуины. Все что нужно так это выстовить фьюзы для загрузчика, из папки прошивок выбрать для своего мк и залить его. Если в краце.
Держа в руках оригинальную плату Ардуино, в голове зародилась мысль о сборке её клона. Посидев, подумав над проектом, было решено уместить все на односторонней плате, а для связи с компьютером снабдить плату микросхемой FT232RL. Во избежание вывода из строя USB порта компьютера, из-за превышения потребляемого тока, я решил пожертвовать возможностью питания от USB, но более детально об этом ходе чуть позже.
Итак, дорогие читатели, представляю вашему вниманию нашу версию клона Ардуино. Встречайте Paduino FT232RL
Как уже говорилось выше, плата имеет недостаток - лишена возможности питания от юсби порта. Однако, благодаря использованию микросхемы FT232RL, на плате присутствует выход 3.3В. Также к доп. функционалу хочется отнести наличие джампера автоматической загрузки (ENABLE), а также джампера (JP LED13), позволяющего отключить не всегда используемый светодиод подключенный к пину под номером 13.
Также, вдобавок к уже имеющемуся выходу Vin на Arduino, был добавлен выход VTG INPUT . На мой взгляд, стандартный вывод Vin имеет ряд недостатков, хотя с другой стороны плюсов. К недостаткам можно отнести потерю напряжения на диоде (0.6-0.8 вольта), также при запитывании Arduino не от разъема питания, а непосредственно от гребенок мы теряем защиту от переполюсовки т.к. выход Vin на схеме расположен после защитного диода. На выводе VTG INPUT мы же всегда имеем напряжение равное входному без каких либо потерь, а также при запитывании Arduino через гребенки функционал защиты от переполюсовки сохраняется т.к. на схеме выход расположен перед защитным диодом. К достоинствам вывода Vin можно отнести то, что при правильно поданном питании на нем всегда будет плюс, в противном же не будет ничего, в то время как на VTG INPUT либо минус либо плюс.
Смыслом данной модификации является возможность питания самодельных мотр шилдов представленных на этом сайте и нашего клона Arduino от одного источника питания без каких либо потерь питающего напряжения.
Так, как ФТшка в данной сборке использует только землю и сигнальные линии USB порта, то, полистав даташит, повесим на неё обвязку в следующей конфигурации:
В этот раз все этапы изготовления я пропущу. Из процесса изготовления приложу только фото протравленной и залуженной платы до начала монтажа элементов.
Пару слов об FT232RL. Микросхемка довольно таки мелких размеров. Для того чтобы вы смогли оценить свои силы, привожу фото ФТшки на десятикопеечной монетке.
Приставляем Фтшку к плате, отцентровываем, смачиваем ножки флюсом, берем на жало паяльника припой в очень малом количестве, и быстро проходимся по каждой ножке. Если вы в пайке новичок, и еще не научились паять быстро, в одно касание, советую делать интервал в 10-15 секунд после каждой ножки.
Что касается размеров, то Paduino выходит не на много больше оригинальной Arduino.
Все, с изготовлением разобрались. Для работы в среде Arduino в память контроллера осталось лишь залить bootloader .
После заливки бутлоадера, нам уже ничто не мешает приступить непосредственно к программированию.
Для начала необходимо скачать среду Arduino. Скачать последнюю версию можно на сайте производителя .
Подключаем наш клон к компьютеру, при наличии интернета устройство должно определиться автоматически.
Если при подключении драйвер на FT232RL не уcтановился в автоматическом режиме, тогда скачаваем драйвер на свою ОС с сайта производителя FTDI.
В комментариях к статье, человек указал на возможность конфликта новых драйверов на FT232RL с сайта производителя. В связи с этим лучше установить драйвер из среды Arduino IDE (arduino-1.0.5-windows\arduino-1.0.5\drivers\FTDI USB Drivers)
Открываем скачанную идешку и выбираем плату. Плата будет отображаться как Arduino NG or older w/ATmega 8 при использовании контроллера ATmega 8, либо как Arduino NG or older w/ATmega 168 при использовании ATmega168.
Затем выбираем COMport к которому подключена плата. У меня кабель определился под девятым номером.
Для проверки работоспособности зальем в контроллер тестовую программку-мигалку, выполнив следующие действия
После успешной загрузки вы должны увидеть следующее
Если все заработало, то поздравляю вас. Вы собственноручно собрали полноценный клон USB Arduino.
В архиве лежит шаблон под ЛУТ и список деталей.
Открываем изображение => Печать => Во всю страницу
Для облегчения распайки smd компонентов с обратной стороны платы, где нет маркировки, приведу картинку.
Хочется отметить, что на smd конденсаторах нет маркировки номиналов, но для облегчения распайки на картинке я их нанес. 104 - 0,1 мкФ, 22 - 22пФ.
Arduino своими руками
Ну вот и настало время освоить платформу для duino самостоятельно. Для начала разберемся, что нам может потребоваться. Для начал было бы не плохо определиться, на базе чего мы будем делать наш экземпляр отладочной платы. Чтобы упростить изначальную задачу, я предлагаю использовать USB-(UART)TTL адаптер для загрузки скетчей. Это упростит нам жизнь в разы. лично я буду использовать дешевенький адаптер, заказанный в ныне несуществующем интернет-магазине, но все также рабочий.
При построении нашей Duino будем стараться использовать минимальное количество элементов. По мере освоения будем добавлять необходимые компоненты.
Для ознакомления найдем схемы различных платформ на официальном сайте:
На мой взгляд схемы хорошие, но неплохо было бы посмотреть уже проверенные реализации "самоделок", мне очень понравились 3 варианта:
Соорудим минимальную обвязку нашему устройству.На первом этапе деталей необходимо минимум:
Собственно сам МК atmega328P (в моем случае, хотя может использоваться и 168 и 8)
Кварц 16 MHz
Конденсатор 22pF x 2шт.
Резистор 10k
Кнопка сброса (любая, кстати не обязательный элемент)
Вот в принципе и все, что минимально необходимо для работы микроконтроллера. Я предлагаю все наши работы иллюстрировать и проектировать в очень не плохой программке Fritzing:
Ну вот, давайте разберемся, зачем нужны данные элементы. Кнопка позволяет перезапустить микроконтроллер, резистор R1 является подтягивающим резистором для кнопки. Кварц, C1 и C2 являются внешним тактовым генератором для контроллера.
Это необходимая и достаточная обвязка, но лично я настоятельно Вам рекомендую установить керамический конденсатор 100nF параллельно основному питанию микросхемы.
Ну вот и готова наша минимальная Duino. Для того, чтобы удобнее было использовать данный отладочный инструмент, я предлагаю наклеивать на корпус подсказку с распиновкой "атмеги". Мой вариант реализован в Corel Draw:
Для начала соберем схему нашей Duino на беспаечной макетной плате, вот что получилось у меня:
Для загрузки скетчей мы будем использовать USB - TTL адаптер, на фото мой уже изрядно потрепавшийся адаптер на базе микросхемы CP2102:
Но перед загрузкой скетчей необходимо залить бутлоадер в МК, иначе, он "не поймет", что мы от него хотим. Есть масса способов, но мы будем использовать простейший. При помощи замечательного программатора USBasp:
Для начала подключим нашу Duino к программатору, это очень просто, достаточно соединить контакты программатора с Duino:
GND - масса (22 нога)
MOSI - MOSI (d11)
5V - питание "+" (7 нога)
Затем Arduino IDE -> Сервис -> "Записать загрузчик":
В процессе записи загрузчика придется подождать около 2 минут. После этого нам могут выпасть разнообразные "warning", типа "can not set SCK period" - не пугаемся и идем дальше.
Ну чтож, вот мы и готовы записать тестовый скетч "Blink" в наш новоиспеченный Duino, но есть один момент, и на нем я хотел бы остановиться. Как мы уже говорили для записи скетчей используется последовательный порт, но в "обычной" жизни МК это цифровые порты 0 и 1. Все очень просто, мы уже залили бутлоадер, он инициализирует запись новой прошивки при включении в течении нескольких секунд, после этого Duino начинает выполнять программу, которая записана у нее в памяти.
Чтобы перевести Duino в режим "приема", необходимо перезагрузить МК, для этого мы сделали специальную кнопку, но нажать ее нужно строго в определенный момент, это совсем не подходит для нас. К счастью на переходниках есть специальный вывод "RST", который достаточно подключить к 1 ноге МК, чтобы автоматически перезагружать Duino перед загрузкой скетча. Подключение очень простое, (переходник - Duino):
GND - масса (22 нога)
RXD - подключить к TXD (3 нога)
TXD - подключить к КXD (2 нога)
5V - питание "+" (7 нога)
Как Вы заметили контакты приема/передачи подключаются перекрестно. И все бы хорошо, но есть одно "но": существует огромное множество переходников, а для автоматической перезагрузки МК необходимо внедрить конденсатор на 100pF в разрыв цепи RST - перезагрузка (1 нога). В некоторых адаптерах он есть, а в некоторых - увы нет. Тут нужно только проверять, в моем экземпляре встроенного конденсатора не оказалось. В итоге схема немного "усложнилась":
Ну что же, теперь можно загрузить скетч в памяти Duino и попробовать провести несколько экспериментов =) (на фото добавлены светодиоды - индикаторы загрузки скетча):
Добрый день. С появлением arduino робототехника, автоматика и другие радио изделия стали нам более доступными. Раньше представить было трудно что с такой простотой можно писать прошивки для микроконтроллеров, с появлением arduino заниматься робототехникой могут даже детишки. Простота платформы arduino позволяет забыть о побитовых операциях и регистрах avr которые использовались повсеместно. Но так как платформа универсальная то и микроконтроллер тоже выбран универсальный. Например в arduino uno предусмотрен atmel atmega328p что даволи излишне для простой обработки нажатий на кнопки, а если делать сразу партию устройств то придется заплатить за незадействованную мощь.
Но так как arduino ide свободно распространяемая, любой без труда может написать дополнения и библиотеки, зачастую они могут быть очень полезными. В данной статье пойдет речь о библиотеке плат на основе ATmega8, ATmega48, ATmega88, ATmega168 под названием Mini Core. Данная библиотека позволят писать скетчи arduino под более слабые микроконтроллеры чем atmega328p, а это позволяет удешевить стоимость устройства за счет рационального использования мощности.
Почему именно эти микроконтроллеры:
- Данные микроконтроллеры с теми же выводами и архитектурой и имеют минимальные отличия от atmega328p(заменяемые)
- Они дешевые и популярные(некоторые дешевле доллара)
- Они все имеют DIP и TQFP корпуса
Данная библиотека поддерживает все индексы микросхемы кроме PB (т.е. A, P, PA), например не стоит использовать ATMEGA168PB-AU.
Микросхемы по характеристикам:
| Atmeg328 | atmega168 | atmega88 | atmega48 | atmega8 | |
| Flash | 32 кб | 16 кб | 8 кб | 4 кб | 8 кб |
| ОЗУ | 2 кб | 1 кб | 1 кб | 512 б | 1 кб |
| ПЗУ | 1 кб | 512 б | 512 б | 256 б | 512 б |
| Каналы ШИМ | 6 | 6 | 6 | 6 | 3 |
Пора от теории перейти к практике установим Mini Core, для установки понадобиться Arduino IDE версии 1.6.4 и выше. Если у вас нет Arduino или она старше качаем ее с оф. Сайта .
1. Для установки делаем следующее:
2. Запускаем Arduino IDE
3. Откройте меню « Файл» ⇒ «Настройки» .
4. После вышеупомянутых операций закрываем настройки и переходим в меню Откройте меню « Инструменты» ⇒ «Плата:"........."» ⇒ « Менеджер плат...».
5. В менеджере плат выбираем нашу библеотеку и нажимем установка:
Примечание . Если вы используете Arduino IDE 1.6.6, вам может потребоваться закрыть диспетчер плат, а затем снова открыть его.
После установки в меню « Инструменты» ⇒ «Плата:"........."» появятся варианты плат с нашими микроконтроллерами.
Самый удобный вариант для использование данных микроконтроллеров это взять arduino uno с микросхемой в корпусе dip и заменить на нужную. Также можно собрать плату с несложной обвязкой:
Для тех кому нужна распиновка микросхем фото ниже:
Так же не маловажной особенностью является то что авторы добавили возможность выбора кварцевого резонатора по нескольким частотам и параметры контроля питания, что по умолчанию не доступно для стандартных плат. Все манипуляции с данными параметрами производятся в меню-инструменты.
Настройки тактовой частоты:
- 16 МГц внешний генератор (по умолчанию)
- 20 МГц внешний генератор
- 18.432 Mhz внешний генератор *
- 12 МГц внешний генератор
- 8 МГц внешний генератор
- 8 МГц внутренний генератор **
- 1 МГц встроенный генератор