Как сделать ардуино своими руками

16

Arduino своими руками с USB портом

Хочу представить вам свой проект-вариант широко известного контроллера Arduino.
Начну с короткой предыстории. Электроникой и радиотехникой я занимаюсь больше 10 лет. А вот интерес к микроконтроллерам появился не так давно. Изучал язык С, программировал микроконтроллеры от фирмы Atmel, успех был переменчивым. И как-то, изучая просторы интернета на тему программирования микроконтроллеров, попал на сайт www.arduino.ru. Их контроллеры мне понравились, захотелось такой себе. Поскольку паяльник «в руках держать умею», покупать контроллер отказался и начал искать в интернете информацию по самостоятельному его изготовлению, но ничего подходящего не нашел. Вариант платы, которую собирают на страницах http://robocraft.ru/blog/arduino/19.html сайта, мне не подходит, да и не сильно нравится. Хотелось с USB разъемом.

Скачал файлы схем оригинальных версий контроллера Arduino, даташит на микросхему FT232R, распечатал статью «Ардуино хоум мэйд» (ссылка выше) и думал как это все соединить, чтобы получилось то, что я хотел найти. И получилась вот такая схема:

Используемые в схеме детали:
Резисторы я использовал SMD типоразмером 0805:
— R1, R2, R4, R7 – от 300 Ом до 1 кОм (какие найдете);
— R3 – 10 кОм;
— R5, R6 – 1 кОм.

Конденсаторы:
— С2, С3, С5, С13, С8, С10, С11 – SMD (0805) номиналом 0,1 мкф;
— электролиты С1, С4, С9, С12 – я использовал по 22 мкф*50 В, мне они подошли по высоте. Номинал не особо важен, не ниже 10 мкф на напряжение не ниже 10 В, кроме С9, его напряжение должно быть больше не 20 % напряжения питания внешнего источника;
— С6, С7 – керамика по 22 пф.

Светодиоды любые (форма, габариты, цвет) на ток 15-20 мА. Диод D5 – 1N4007 тоже в SMD корпусе.
Кварц – 16 МГц.

Микросхемы:
— DA1 – L7805 в корпусе ТО220;
— DD1 – FT232RL (хорошая микра, но в большем корпусе не выпускают);
— DD2 – сам наш микроконтроллер, я использовал ATmega168, можно ATmega8, думаю, что и ATmega328 тоже подойдет, главное загрузить соответствующий загрузчик (bootloader).

По итоговой стоимости точно сказать не могу (SMD компоненты не покупались, нашлись в коробочках электронщика-радиолюбителя). А затраты были следующие (г. Ростов-на-Дону): FT232RL – 200 р., ATmega168 – 220 р., L7805 – 15 р., разъемы, предохранитель, гребенки, панелька, кнопка – около 100 р.
При подключении собранного устройства к компьютеру определится новое устройство, нужно установить драйвер, указав путь к директории «FTDI USB Drivers» (в скаченной программе Arduino IDE).

С печатной платой (ПП) были некоторые проблемы, но мне помогла картинка ПП в статье. Все распиновки и расстояния разъемов совпадают с оригинальной платой ардуино, можно будет подсоединять различные arduino-совместимые платы расширения.

Назначение этого контроллера может быть самое различное – от «учебника» по программированию до создания серьезных охранных систем. Информации по его применению в интернете очень много.
Работает контроллер просто. На компьютер устанавливается программа Arduino IDE, скаченная бесплатно с официального сайта www.arduino.cc. В ней Вы пишите свою программу (скетч) для исполнения контроллером. Потом, нажимая кнопку в среде Arduino IDE «загрузить», компьютер компилирует Вашу программу в язык понятный микроконтроллеру и через виртуальный com порт, созданный микросхемой FT232R, передает ее микроконтроллеру. После загрузки программы, она начинает сразу исполняться, если не отключено питание контроллера. Также микросхема FT232R имеет выходной сигнал для автоматического перезапуска микроконтроллера, необходимого при загрузке скетча. Плата контроллера может питаться как от usb, так и от внешнего источника питания (8-25 В) для чего установлен микросхемный стабилизатор L7805. Присутствует на плате предохранитель 500 мА по +5 В от usb, чтобы не повредить usb порт при неполадках в плате контроллера. С помощью разъема ICSP можно программировать микроконтроллер внешним программатором. Кнопка, установленная на плате, сбрасывает работу микроконтроллера, и он начинает исполнение загруженной программы заново. Диод D5 защищает микроконтроллер от переполюсовки питания.

Фото готового контроллера:

Расположение некоторых деталей на фото платы не совпадает с файлом ПП, по причине совершенствования на момент создания статьи. Файл ПП в программе Sprint-Layout 5.0 прилагается.

Правильно собранный и прошитый контроллер начинает работать сразу. Отмечу – что после первой (и возможно последующей) загрузки бутлоадера, начинает моргать с небольшой частотой светодиод D3.

Прошить бутлоадер готового устройства несложно. Самая сложность заключается в наличие программатора. Поскольку я имел опыт программировать микроконтроллеры, то у меня уже был собран программатор Prottoss AVR910. Лошадка рабочая, автору 5 из 5! Далее подключаем программатор к плате ардуино, открываем программу для программирования микроконтроллеров AVR (я использовал CodeVisionAVR), открываем окно прошивки микроконтроллера, нажимаем load flash, находим наш (для ATmega168) файл прошивки в скаченном дистрибутиве «…arduino-1.0.1\hardware\arduino\bootloaders\atmega\ ATmegaBOOT_168_diecimila.hex. Далее необходимо выставить lock и fuse биты так, как показано на рисунке:

Узнать фьюз- и лок-биты для своего микроконтроллера можно посмотреть в файле: «…arduino-1.0.1\hardware\arduino\boards.txt», использовав калькулятор фьюзов для AVR (можно легко найти в интернете).
Если же у Вас нет программатора, но есть программатор у друга, соседа. то есть другой, более быстрый и полезный способ прошить загрузчик. Для этого нужно собрать программатор по этой схеме. Схема рабочая и проверенная мной. Простота этого метода заключается в том, что не нужно искать прошивку микроконтроллера, выставлять фьюз и лок-биты. При подключении этого программатора к компьютеру с установленными драйверами и подключенным программируемым МК, Вы, выбрав в программе Arduino IDE порт, на котором «сидит» программатор и свою прошиваемую плату и подключенный программатор, просто нажимаете на кнопку во вкладке сервис «прошить загрузчик» и радуетесь.

Если же у Вас присутствует проблема «яйца и курицы», то я посоветую собрать вот этот программатор (сам его не собирал, но думаю вешь хорошая). Или погуглить интернет на тему AVRISP-mkII. Еще вложу архив с информацией по этому программатору с файлами и описанием.

Про альтернативный метод прошивки бутлоадера можно почитать здесь.
Теперь (с устанвленными драйверами на компьютере, открываете программу Arduino IDE, во вкладке «Сервис» наводим курсор на вкладку «плата» и выбираем свое устройство (в моем варианте это – Arduino Diecimila or Duemilanove w/ ATmega168). Далее, там же, выбираем порт к которому подключен контроллер (можно посмотреть в диспетчере устройств компьютера). Реализуем свои мысли в скетче и радуемся работе контроллера!

Все возникшие вопросы присылайте в личку.
Плату контроллера разработал и успешно использует ростовский радиолюбитель Ананьев Валерий. Логин на сайте: kaznachej

Как сделать Arduino Uno своими руками

В этой статье мы расскажем, как своими руками собрать Arduino на обычной макетной плате.

Для этого нам понадобится микроконтроллер ATmega328 — такой же, как и в оригинальной Arduino Uno.

Распиновка ATmega328

В начале работы с любым микроконтроллером необходимо изучить его распиновку. После этого уже можно приступать к сборке необходимой обвязки. Ниже представлена распиновка микроконтроллера ATmega328.

Сборка Arduino на макетной плате

Необходимые компоненты

Для работы с микроконтроллером понадобятся:

Схема сборки

Соберите на макетной плате компоненты по следующей схеме:

Эксперимент «маячок» из Матрёшки

Добавьте к схеме светодиод на 13 пине. Для этого повторите первый эксперимент из набора Матрёшка Z — маячок.

Обратите внимание, 13 пин Arduino — это не 13-я ножка микроконтроллера. Чтобы найти нужный пин, воспользуйтесь распиновкой ATmega328

Схема эксперимента собрана. Осталось прошить нашу Arduino.

Прошивка ATmega328

У микроконтроллера нет собственного USB-порта. К компьютеру его можно подключить одним из двух способов:

Рассмотрим их подробнее.

Прошивка ATmega328 через USB-UART преобразователь

Для сборки программатора нам понадобится:

Соберите следующую схему

Аппаратная часть готова. Теперь скачайте и установите на компьютер интегрированную среду разработки Arduino IDE и прошейте свой контроллер.

Прошивка ATmega328 через Arduino Uno

Для сборки программатора нам понадобится:

Аппаратная часть готова. Теперь скачайте и установите на компьютер интегрированную среду разработки Arduino IDE и прошейте свою плату.

Arduino своими руками — Shrimp

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: http://git.robotclass.ru/download/Arduino/optiLoader.zip

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.

После того как схема собрана, подключаем её к компьютеру через USB — UART модуль. Выбираем в Arduino IDE тип платы «Arduino Uno» и правильный COM-порт, а затем загружаем программу мигания светодиодом. Готово!

Примечание. Если у вас не получается загрузить программу, попробуйте поменять местами провода RX и TX на USB-UART мосту.

Минимальная Arduino своими руками

270 рублей в готовом для наращивания функционала виде.

«Minimalist Arduino»
С нуля до полной готовности собирается с дешевым 40Вт паяльником за 1 выходной без каких-то особых навыков.

Лазерного принтера у меня нет, печатные платы самостоятельно никогда не разводил, поэтому решено было использовать не ЛУТ, а макетную плату с односторонней металлизацией (максимально дешевая, всегда есть в продаже).
Сначала я хотел купить Atmega328P в DIP корпусе, чтобы воспользоваться статьей Arduino on a Breadboard и собрать Arduino на беспаечной макетке.

Но оказалось, что в DIP28 ее в Москве крайне трудно найти, да к тому же в этом корпусе она существенно дороже. Зато в наличии навалом Atmega168 в любом корпусе. Но цена DIP28 и TQFP-32 отличается тоже довольно существенно. Для робота на гусеничном шасси и домашней автоматизации возможностей Atmega168 более чем достаточно, поэтому поборов страх, я решил сэкономить и использовать 168ю в TQFP-32 корпусе (шаг ножек — 0.8мм)

Все компоненты кроме эпоксидной макетки я купил в Москве, в одном магазине (макетки продаются в любом радиомагазине или на рынке, просто у меня уже было 5 штук, купленных ранее на ebay).
Итак, для начала нужно припаять микроконтроллер размером 9х9 мм на DIP переходник, чтобы более комфортно с ней было работать.
mkpochtoi не работал, поэтому купить готовую макетную плату не получилось, купил макетку MP-QFP, от которой ножовкой по металлу отпилил кусок под TQFP-32.

Просмотрев видеоурок по пайке от DIHALT я водрузил микруху на макетку с помощью обычного 40Вт паяльника, потратив на это чуть больше 5 минут (опыта пайки таких мелких компонентов и вообще SMD компонентов у меня не было). В качестве флюса использовал несколько капель глицерина (попросил у девушки, она занимается мыловарением). Отмыл горячей водой и высушил феном.

«Atmega 168PA-AU»
40-ногую линейку PBS-40 кусачками настрогал на кусочки по 4 ножки и впаял с обратной стороны. Я взял гнезда, а не штырьки, чтобы микроконтроллерную плату можно было подключать к макетке проводками без пайки.
Дальше все как в статье — собрал на макетной плате схему, использовав datasheet от семейства Atmega 48/88/168 (номера ножек на DIP28 и TQFP-32 различаются).
Поскольку процессор я взял чистый, то предстояло прошить его бутлоадером от Arduino. Тут меня поджидала засада:
Arduino IDE знает только Atmega168 и ничего не знает об Atmega168P (точнее Atmega168PA-AU) — более свежей версии микросхемы. Прошивать она его отказалась. А еще раньше я выяснил, что Freeduino Nano v5.0 почему-то не хочет работать ISP программатором. Пришлось разобрать робота и достать Freeduino 2009. с помощью скетча ArduinoISP и примера на Freeduino.ru удалось заставить avrdude игнорировать различие в сигнатуре (ключ -F) и прошить бутлоадер, фьюзы и лок.
У меня сработал такой вариант:
::Прошиваем bootloader (порт COM9 нужно поменять на Ваш)
avrdude -F -C avrdude.conf -p m168p -c avrisp -P COM9 -b 19200 -e -U flash:w:optiboot_diecimila.hex
::Прошиваем fuse и lock биты
avrdude -F -C avrdude.conf -p m168p -c avrisp -P COM9 -b 19200 -Uefuse:w:0x00:m -Uhfuse:w:0xdd:m -Ulfuse:w:0xff:m -Ulock:w:0x0F:m

На официальном сайте есть описание подключения для прошивки:

Как вариант, можно обновить файл avrdude.conf, прописав правильную сигнатуру, но нужды в этом особой нет.
Все, Arduino на макетке готова. Можно подключать любой USB — serial TTL (или RS-232-TTL) адаптер и зашивать скетч из Arduino IDE, выбрав Board->Arduino Diecimila, Duemilanove or Nano w/Atmega168.

«Breadboard Arduino»
Убедившись в работоспособности, я занялся переносом на макетную плату.
Сложнее всего оказалось оптимально разместить элементы. Для этого наиболее простым бесплатным инструментом оказался Fritzing. Правда нагромождение картинок и проводов выглядит страшно, но позволяет при сборке не запутаться в проводах:

«Minimalist Arduino»
Я старался уменьшить количество отдельных проводов, припаивая где возможно выводы воткнутого компонента к нужному контакту просто сгибая его ножки и обрезая излишек.
Добавив примерно 65 р на запчасти я получил вот такой результат:

«Minimalist Arduino»
Для удобства я добавил шину питания и землю (2 гребенки справа внизу), кнопку питания, гнездо RX, TX, DTR для загрузки скетчей и ICSP разъем для прошивки микроконтроллера программатором прямо на плате.

«Minimalist Arduino в сборе»
Воткнув микроконтроллерную плату с Atmega328P-AU, можно прогапгрейдить девайсик для задач, где 16 кб под скетч не хватает. Оставшееся на макетке место я собираюсь использовать под сенсоры, драйвер мотора и прочие нужные вещи.
Вот список компонентов и цен:

Сантиметров 20 монтажного провода, припой и флюс я не посчитал 🙂
Получилось даже чуть-чуть дешевле чем Arduino Pro Mini ($9.5), при этом удобнее в использовании и не нужно ждать 3 недели, пока приедет из китая ).
Но самое приятное — это может собрать каждый и все компоненты есть в продаже и легко доступны. Ждать и искать ничего не нужно. Увидели на хабре интересный проект на ардуино? Соберите его!

Если нет знакомых с ардуино или прогрмматором, то бутлоадер за 50 рублей вам может прошить продавец, а переходник USB — Serial TTL покупать не обязательно, если у компа есть COM порт.

Я собрал вот такой переходник из MAX232CPE, разъема DB9F и 4 конденсаторов по рублю штука:

«Loading Sketch»