ＡＶＲライタ製作

UPDATE 2006.10.18

USB-SPIブリッジ　　ＵＳＢａｓｐ

・USB-SPIブリッジ

　ChaNさんが製作されたUSB-SPIブリッジ(AVRSP用)は、現在多くなっているレガシーフリーのパソコンでISP書き込みをするのに最適です。直付けが楽めなUSB-UART変換ICを使って、USB-SPIブリッジを作ってみました。当然、ChaNさんの書き込みソフト「AVRSP」に対応します。基本的な部分およびAT90S2313のファームウェアはChaNさんのものを使用しています。FT232BMはI/O電圧がVCCIO端子で決まるので、この電圧を変えることによりUART側の出力信号レベルが変わります。写真の緑のジャンパでUART側電圧及びターゲットへの供給電圧を切り換えます。左側で5V、右側で3.3V、無接続でターゲット電源採用です。
ターゲットの電源を入れたままでライタ側の電源を有効にしないでください。
ターゲット電圧は3V～5Vの間が可能です。
2006.10.12に作り変えました。

・ヒューズビット設定例

AVRSP (C)ChaNにて読み出した値です。
Low: 11010110
     ||||++++-- CKSEL[3:0] システムクロック選択
     ||++-- SUT[1:0] 起動時間
     |+-- CKOUT (0:PB0にシステムクロックを出力)
     +-- CKDIV8 クロック分周初期値 (1:1/1, 0:1/8)

High:11-11111
     |||||+++-- BODLEVEL[2:0] (111:無, 110:1.8V, 101:2.7V, 100:4.3V)
     ||||+-- EESAVE (消去でEEPROMを 1:消去, 0:保持)
     |||+-- WDTON (1:WDT通常動作, 0:WDT常時ON)
     ||+-- SPIEN (1:ISP禁止, 0:ISP許可) ※Parallel時のみ
     |+-- DWEN (On-Chipデバッグ 1:無効, 0:有効)
     +-- RSTDISBL (RESETピン 1:有効, 0:無効(PC6))

Ext: -----001
          ||+-- BOOTRST ※データシート参照
          ++-- BOOTSZ[1:0] ※データシート参照

・製作後の考察

　FT232BMは0.8mmピッチなので比較的楽にいけると思いますが、フラットパッケージが付けられない人はやめたほうがいいですね。ハンダブリッジを入念にチェックしないと、電源投入時にショートしてしまうので気をつけます。私がやったハンダづけの方法は、デバイスを正確に位置決めした後、どこかをハンダでつけてしまいます。隣とブリッジしようが構いません。そして、付けたところ以外の面から４面のすべてをハンダでつけます。ブリッジしても構いません。それから余分なハンダを吸い取り線などで除去します。少しだけ残ってブリッジしている場合は、一度ハンダを盛って多くしてから改めて吸うと良いです。すべてのピンがブリッジしていないかルーペなどで確認します。その他の部品は、難しくないと思います。右下の２つのコンデンサは、USB2.0に接続したときのノイズ対策につけた47p程度のコンデンサです。USB1.1のパソコンにつなぐなら付けなくても大丈夫だと思いますが、取り付けておいたほうがよいでしょう。以前やったAT90S2313のテストボードで読み込みなどをやってみた感じとしては、ライタとして「かなり」使えるレベルだと思います。書き込みソフト側は日々進化しており、ここ最近劇的に早くなっています。avrspR0.35aでは２００バイト程度のプログラム読み出しが１秒ちょっと、書き込み＋ベリファイが３秒ほどで終わってしまいました。レガシーのＣＯＭポートでのダイレクト制御に匹敵(ダイレクトよりも早いという話も)するスピードです。書き込みは、COM3経由でカレントディレクトリにあるtest.hexを書き込む場合、avrsp -pb3 test.hexと打ち込みます。デバイスは自動認識のため、指定する必要はありません。下で紹介するavrdudeに比べると簡単な操作です。
速度の実測値は３３０バイトくらいの書き込み＋ベリファイで３.３秒程度でした。

・Tiny2313対応への考察

　AVRをTiny2313に差し換える場合の考察です。先日、そのままでは動作しないと書きましたが、どうもヒューズビットの設定間違いだけだったようです。オリジナルと再コンパイルしたものではHEXファイルの差異がありませんでした。結論としては、ヒューズビットを設定例のように変えることでAT90S2313版(オリジナル)がそのまま使えるということが解りました。ということで、再コンパイル版を書き込んでも、オリジナルと何ら変わらないです。
・ヒューズビット設定例
Low: 11011101
     ||||++++-- CKSEL[3:0] システムクロック選択
     ||++-- SUT[1:0] 起動時間
     |+-- CKOUT (0:PD2にシステムクロックを出力)
     +-- CKDIV8 クロック分周初期値 (1:1/1, 0:1/8)

High:11-11111
     |||||||+-- RSTDISBL (RESETピン 1:有効, 0:無効(PA2))
     ||||+++-- BODLEVEL[2:0] ※データシート参照
     |||+-- WDTON (WDT 0:常時ON, 1:通常)
     ||+-- SPIEN (1:ISP禁止, 0:ISP許可) ※Parallel時のみ
     |+-- EESAVE (消去でEEPROMを 1:消去, 0:保持)
     +-- DWEN (On-Chipデバッグ 1:無効, 0:有効)

Ext: -------1
          +-- SPMEN (SPM命令 1:無効, 0:有効)

・セルフアップデート版

　ROM書込みサービス対応のため、公開終了。(2006.10.13)

・その他

　手元のAT90S2313-10では３Ｖでも動作しているようですが、データシート上では動作範囲外です。ターゲットに３Ｖなどの電圧を使用する場合は、-4のほうを選びましょう。ATTiny2313を使用すれば大丈夫です。ファームウェアの書込みさえできればと言う方は、ROM書込みサービスをご利用ください。

・ダウンロード

　回路図はＤ２ＣＡＤ，パターンはＰＣＢＥを使用しています。

回路図・パターン	2006.10.12版
回路図(pdf)	2006.10.12版
6P,10Pピン配置両対応版回路図・パターン	2006.10.15版
6P,10Pピン配置両対応版回路図(pdf)	2006.10.15版

・部材表

部品名	個数	入手先など
AT90S2313-4(-10は動作保証外)	1	-10は秋月電子通商で入手可
FT232BM(6MHzセラミック発振子つき)	1	秋月電子通商
S-8052ALR	1	ALYなら鈴商で入手可
TA48M033F	1	秋月電子通商
3.6864MHz	1	若松通商・鈴商など
33pF	2	秋月電子通商
47pF	2	秋月電子通商
ジャンパピン(3ピン)	1
ジャンパソケット	1
３φＬＥＤ	2
ツェナダイオード5.6V	1
電解コンデンサ10μＦ	1
電解コンデンサ33μＦ	1
フイルムコンデンサ0.1μＦ	1
セラミックコンデンサ0.1μＦ	5	千石電商など
２７Ω(1/4,1/6W可)	2
１５０Ω	3	秋月電子通商など
２７０Ω	2	秋月電子通商など
４７０Ω	1	秋月電子通商など
１ｋΩ	1	秋月電子通商など
１.５ｋΩ	1	秋月電子通商など
４７ｋΩ(1/6W)	1	秋月電子通商など
１ＭΩ(1/6W)	2	秋月電子通商など
０.５φすずメッキ線	１０ｃｍくらい	抵抗の切れ端でも可
フラットケーブル	適宜	線材店
スライドスイッチ	1	千石電商など
スペーサ(長さはお好みで)	4	千石電商など
プリント基板(10K使用)	1	個人で製作
ＵＳＢ－Ｂコネクタ	1	秋月電子通商
１０Ｐボックス型プラグ(XG4C-1031)	1	千石電商
１０Ｐ圧着タイプソケット(XG4M-1031-T)	1	千石電商
ダプルピンソケット(6ピンに加工)	1	秋月電子通商

・USBasp

　ココで公開されている、AVRのみでUSB通信するというものです。このまま作ってもいいのですが、kumanさんがこれをATMELのピン配置で使えるようにしたものを見つけたので、こっちをベースに作ってみました。右の基板サイズは３.３ｃｍ×７.５ｃｍです。上のと比べると、かなり小さく作れました。構成部品もＤＩＰなど作りやすいものでできています。ジャンパは緑が低速ターゲット用の切り替え、赤がファームウェア書き換え用の設定、白がＵＳＢ電源をターゲットに供給する／しないの選択です。ちなみにファームフェアの書き換えは、ヘッダ側より書き込みます。１０ピン中６本のみ結線されていて、しかもATMELの推奨ピン配置になっています。つまり、このコネクタへ既存のISPライタ(ATMEL推奨ピン配置のもの)を接続するとファームウェア書き込みができ、動作時はそのまま書き込み用のコネクタになるという優れものです。ＬＥＤは、写真右側がREADY,左側がBUSYのようです。
追記:USB信号のプルアップ抵抗(1.5kΩ)は、本来3.3Vに繋ぐべきです。(ホスト側の15kΩプルダウン抵抗との分圧により、ホストICが3V付近の電圧で差込検出するようになっているため)

・ヒューズビット設定例

AVRSP (C)ChaNにて読み出した値です。
Low: 00101111
     ||||++++-- CKSEL[3:0] システムクロック選択
     ||++-- SUT[1:0] 起動時間
     |+-- BODEN (1:BOD無効, 0:BOD有効)
     +-- BODLEVEL (1:2.7V, 0:4.0V)

High:11-01001
     |||||||+-- BOOTRST ※データシート参照
     |||||++-- BOOTSZ[1:0] ※データシート参照
     ||||+-- EESAVE (消去でEEPROMを 1:消去, 0:保持)
     |||+-- CKOPT (発振回路 1:小振幅, 0:フルスイング)
     ||+-- SPIEN (1:ISP禁止, 0:ISP許可) ※Parallel時のみ
     |+-- WDTON (1:WDT通常動作, 0:WDT常時ON)
     +-- RSTDISBL (RESETピン 1:有効, 0:無効(PC6))

・製作後の考察

　ATmega8は、デフォルトで内部RC発信器の設定になっています。ファームウェア書き込みの際は、ヒューズビットも書き換えないと外部12MHzで発振しません。参考に自分が書き込んだヒューズビットだと、LOWが0x2f,HIGHが0xC9です。ジャンパは白と赤を繋いで１０Ｐコネクタからファームウェアを書き込みます。電源がUSB側とAVR側で分離できないので５Ｖのみというのが惜しいですね。また、基板を小さくするためにギリギリの配置にしたので、ATmega8はＩＣソケットを使用しないほうがいいです(少しジャンパピンと干渉します)。水晶と1MΩも少し干渉してしまいます。パターンが無理に結線されているので、隣とのショートを十分チェックしないとダメですね。(基板に関しては、ユニバーサル基板を使えば、特に問題は無いと思いますが)
書き込みソフトのaurdudeは、上のavrspに比べると難しいです。というか複雑です。例えばe:\utilityにavrdude.exeがありe:\test.hexをAT90S2313に書き込みむとすると、こう打ち込みます。(kumanさんの試用記を参考)
e:\utility\avrdude.exe -c usbasp -p 2313 -U flash:w:"e:\test.hex":a
速度の実測値は、３３０バイトくらいの書き込み＋ベリファイで２秒程度でした。

・その他

　発振回路に1MΩが入っていますが、自分のお約束回路なので取り付けなくても問題ないと思います。ファームウェアの書込みさえできればと言う方は、ROM書込みサービスをご利用ください。

・ダウンロード

　回路図はＤ２ＣＡＤ，パターンはＰＣＢＥを使用しています。

回路図・パターン	2005.06.05版
回路図(pdf)	2005.06.05版

・部材表

部品名	個数	入手先など
ATmega8-16	1	若松通商など
水晶発振子12MHz	1
ジャンパソケット	3	パソコン用品店など
ダブルピンヘッダ2x1	3
３φＬＥＤ	2
22pF	2	秋月電子通商など
電解コンデンサ10μＦ	1
セラミックコンデンサ0.1μＦ	2	千石電商など
68Ω(1/6W)	2
270Ω(1/6W)	1	秋月電子通商など
1kΩ(1/6W)	2	秋月電子通商など
1.5kΩ(1/6W)	1	秋月電子通商など
10kΩ(1/6W)	1	秋月電子通商など
1MΩ(1/6W)	2	秋月電子通商など
０.５φすずメッキ線	１０ｃｍくらい	抵抗の切れ端でも可
フラットケーブル	適宜	線材店
スペーサ(長さはお好みで)	4	千石電商など
プリント基板	1	個人で製作
ＵＳＢ－Ｂコネクタ	1	秋月電子通商
１０Ｐボックス型プラグ(XG4C-1031)	1	千石電商
１０Ｐ圧着タイプソケット(XG4M-1031-T)	1	千石電商
ダプルピンソケット(6ピンに加工)	1	秋月電子通商

・ケーブル

　USB-SPIブリッジ・USBasp共通のライタ－ターゲット間の接続ケーブルです。結線は１番から６番まで1:1で結線します。一番簡単なのは、両側をオムロンの圧着コネクタで圧着してしまうことですね。写真のケーブルは片方を１０Ｐ圧着タイプソケット、もう片方をダブルピンヘッダソケットを加工して作ったものにハンダづけしています。ダブルピンソケットの切断は、切断したいところのピンを抜き、カッターなどで切断します。ガタガタになったところを削り、ホビー用のヤスリで仕上げるときれいに作れます。

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