Минимальная arduino своими руками atmega8. Минимальный клон Arduino за $3 на ATmega8A с модифицированным bootloader'ом. Загрузка программ на Shrimp

Development board ATMEGA8 анти-ардуино-одурино

Одной из наиболее деструктивно повлиявших на популяризацию любительской радиоэлектроники вещей стало массовое распространение Ардуино (одурино). Это - готовая плата с запаянным микроконтроллером и минимальной обвязкой. Казалось бы, удобная и полезная штука? Не спешите делать такое заключение.

Человек, не знакомый с радиоэлектроникой, получая такую вещь, начинает ей пользоваться. В этом - один из первых и самых главных минусов: человек не постигает азов и даже не учится паять.

Все соединения для ардуины выполняются проводами с наконечниками. Это удобно, но есть есть и существенный недостаток: схемы, с позволения сказать, с использованием ардуино выглядят уродливо - в виде кучи цветных линий. В этом - второй важный минус: человек не учится схемной грамоте.

Под ардуину есть своя среда разработки с примитивным языком, на котором любители написали кучу непрофессиональных, как они их назвали, скетчей - готовых решений для большинства применений. Пользуясь ими, возникает и третий минус: человек не учится программированию, качественно не улучшает знания и не оттачивает мастерство программирования, будучи запертым в тесных рамках примитивной среды разработки.

На самом деле, минусов у ардуины - куда больше, и перечислять их все нет смысла. Речь здесь о том, что же сделать, чтобы получить плюсы.

Всё очень просто. Если ты хочешь заниматься радиоэлектроникой, научись паять: собери свою девелопмент боард с минимальным, но достаточным обвесом. Возьми достоинства ардуины и не бери недостатки. Используй провода с наконечниками для подключения периферии и не используй ардуинную ide.

В итоге ты получишь все базовые преимущества ардуины практически без минусов. Бонусом к этому ты добавишь множество своих плюсов. Если это лирическое вступление тебя убедило, то продолжим.

Итак, наша девелопмент боард содержит:

• микроконтроллер ATMEGA8
• разъёмы для графического и символьного дисплеев на популярных контроллерах SED1520 и HD44780 соответственно
• каждый вывод микроконтроллера продублирован тремя штырьками
• имеется разъём внутрисхемного программирования для популярного ICSP (ISP) USBASP
• линии +5 вольт и масса выведены на несколько штырьков в разных местах платы
• три разноцветных светодиода и одна кнопка, а также кнопка RESET
• разъём питания 7,5-20 вольт и LDO стабилизатор
• для графического дисплея имеется формирователь отрицательного напряжения с регулировкой на ICL7660
• питание цепей АЦП заведено через фильтр
• есть кварцевый резонатор, но его использование не обязательно

Писать программы можно на любом языке.

Схема v1.0b:

Нажми для увеличения
Кнопка S1 - RESET, предназначена для сброса микроконтроллера. S2, если она нужна, подключается к любому пину. На плате версии 1.0b подключается с нижней стороны платы двумя проводками к линиям VCC и GND. Джампер JP6 CONTR должен быть замкнут, если для символьного дисплея требуется регулировать контрастность переменным резистором R6. Если же контрастность уже установлена на самом дисплее припаянными резисторами, то джампер размыкается. Джампер JP5 PROG должен быть замкнут во время работы. При программировании он размыкается, при этом питание подаётся только на МК и только от разъёма ICSP. Контрастность графического дисплея регулируется переменным резистором R7.

Печатная плата v1.0b.

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):

(P.S. Писал эту же статью на www.nnm.ru, решил, синхронизировать версии).
Как-то (пару месяцев назад) просматривая новости в инете, наткнулся на очень лестные отзывы о мега-популярном проекте Arduino . Писалось, что чуть ли не домохозяйки любят и могут с ним возиться и делать с его помощью всякие интересные вещи. Ну... что же. Почему бы и мне не попробовать, руки и мозги вроде как имею... Однако прикупить готовую плату - ни финансы, ни природная скрягость не позволило. Сами с усами, сделаем. Вот инструкция с оф. сайта: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardSerialSingleSided3
Там вы найдете и список деталей и рисунки печатки.... Короче все, что нужно для изготовления. Я сделал две таких платы и остался очень доволен.

Но есть одно но. В официальной версии в качестве преобразователя RS232 выступал блок на транзисторах.... и это приводило к нестабильному обмену информацией.
Но не я первый столкнулся с такой проблемой. Вот вариант на реальном преобразователе MAX232
http://spiffie.org/electronics/archives/microcontrollers/Build%20a%20MaxSerial%20Freeduino.html
Его и стоит делать.
Вот мой процесс реализации этого варианта.
Собираем все до кучи Детали и разъемы - обходятся менее 10 у.е..
Нам понадобиться:
-- кусок одностороннего стеклотекстолита (95х65мм)
— микроконтроллер ATmega8 (или ATmega168)
— микросхема MAX232 (можно интегралловскую ILX232N)
— 7805 (регулятор напряжения 5В)
— 4-ре светодиода (лучше разные цвета)
— кварц 16 Mhz
— кнопка (с четырьмя контактами)
— разъем СОМ-порт (мама) под запайку
— разъем под питание (2.1мм)
— конденсатор 22пФ (маркировка либо 22, либо 220)- 2 шт.
— конденсатор 0.1 мкФ (маркировка 104) — 3 шт.
— резистор 1к (0.125 Ватт) — 5 шт
— резистор 10к (0.125 Ватт) — 1 шт
— диод 1N4004 (или 1N4007) — 1шт.
— элетролит. конденсатор 10мкФ х16В — 5 штук (минимальные по высоте, иначе шилды не становятся)
— элетролит. конденсатор 100мкФ х16В — 2 штук (тоже невысокие)
— колодки под микросхемы (16 ножек-1шт, 28 ножек узкая — 1 шт)
ну и пару полосок штырьков и соответ. им мам.

Самое ответственное — изготовление печатки. ( готовый Word-овский файл для печати и ЛУТ ).

Еще раз повторюсь, от качества изготовления печатки зависит ВСЕ!!!

Готовую (вытравленную) плату необходимо залудить. Хотите красоты — воспользуйтесь сплавом Розе. Думаю, без труда в инете найдете описание этого метода. Ну а можно по старинке флюсом и припоем.

Для красоты и удобства на лицевую сторону можно нанести (тем же лутом) расположение элементов и надписи.

Осталось аккуратно запаять элементы. Начинайте с перемычек, потом пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, кварц), далее светодиоды, разъемы, колодки. Все паяем без "соплей" и "коротышей" :)

Вид со стороны пайки.

А от и результат. Мой вариант — далеко не эталон, но вполне работоспособен:)

Итак, 2/3 дела сделано. Осталось "вдохнуть жизнь" — прошить плату загрузчиком. :)

Для этого нужно изготовить небольшой программатор.
Вот схема:

А вот реализация в "железе":

С официального сайта скачиваем софт . Устанавливаем. Запускаем.

Идем по пути: -> ->

Подключаем программатор к Arduino, разъем в LPT, на Arduino подаем питание

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

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

2. Загрузка программ на Shrimp

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.