Конечно, платки Arduino всем хороши. Язык программирования Arduino прост, и IDE проста в освоении, в Интернете много интересных проектов и полезной информации. Однако для некоторых проектов Arduino слишком мощное решение. Для таких целей, как управление светодиодами, чтение одного датчика можно и нужно использовать более дешевые и простые микроконтроллеры, такие как ATtiny85 (перевод статьи [1], посвященной программатору Tiny AVR Programmer).

К сожалению, у ATtiny85 нет широко известной платформы (системы программирования), раскрученной так же, как и Arduino. И 8 килобайт памяти программ слишком мало для того, чтобы держать в ней загрузчик (bootloader), так что для программирования ATtiny85 понадобится какой-нибудь программатор. В добавок ко всему, стандартная среда разработки Arduino IDE не поддерживает этот чип. Однако это не означает, что программирование ATtiny85 в Arduino невозможно! Давайте познакомимся с Tiny AVR Programmer...

Tiny AVR Programmer это обычный программатор AVR (клон USBTinyProgrammer), но он был специально разработан для быстрого программирования ATtiny85 (а также ATtiny45). На плате программатора есть сокет, куда можно вставить 8-выводную микросхему микроконтроллера в корпусе DIP8 для непосредственного программирования. После того, как ATtiny85 запрограммирован, просто вытащите его из сокета и установите в плату для отладки или макетирования (breadboard).

Tiny AVR Programmer также можно использовать и как обычный ISP-программатор AVR, он может программировать почти все чипы AVR (включая ATmega328 и ATmega32U4).

В этом руководстве мы рассмотрим, как программировать ATtiny85 с помощью Tiny AVR Programmer и среды разработки Arduino, начиная с установки драйвера, и кончая советами по программированию в Arduino.

[Плата Tiny AVR Programmer]

Ниже на картинке показаны основные составные части программатора Tiny AVR Programmer.

"Мозгом" программатора служит ATtiny84, это 16-выводный чип в SMD-корпусе SOIC16. В нем зашита программа, которая ведет себя как USB-программатор AVR. Если Вы не собираетесь сами разрабатывать свой собственный ISP-программатор, то не стоит особо заботиться об этом ATtiny84 и его программе, считая его черным ящиком (однако при желании все-таки можно влезть в этот черный ящик, потому что его исходный код опубликован, см. [1, 8], врезку "Ресурсы проекта Tiny AVR Programmer"). Программа ATtiny84 получает через USB данные от компьютера, и преобразует их в последовательность данных протокола ISP, чтобы их можно было загрузить в программируемый ATtiny85 (или другой микроконтроллер AVR).

Намного важнее рассмотреть назначение коннектора ISP, сокета для ATtiny45/ATtiny85, светодиода, перемычек и выводов для прототипирования.

[Сокет ATtiny85 и контакты прототипирования]

Для программирования ATtiny45/ATtiny85 установите его в сокет, обращая внимание на полярность установки. Метка первого вывода на корпусе DIP8 микроконтроллера должна быть возле графического обозначения первого вывода на шелкографии:

Сокет для установки ATtiny85 и дополнительные контакты, установленные по его сторонам, делают Tiny AVR Programmer уникальным. Обратите внимание на метки + и -, а также цифры возле контактов прототипирования. Метки + и - соответствуют выводам питания микроконтроллера, а выводы, помеченные цифрами, соответствуют номерам портов, используемых в программировании среды Arduino IDE.

4-выводные коннекторы прототипирования, расположенные по сторонам сокета, помогают в макетировании схем на ATtiny85. С помощью проводов с коннекторами "папа" микроконтроллер, установленный в сокет, можно соединить с макетируемой конструкцией на плате breadboard (см. пример на фотографии ниже).

И наконец, на плате программатора есть светодиод LED, подключенный к цифровому порту 0 (порт PB0/MOSI ATtinyX5, вывод 5 корпуса DIP8). Он индицирует миганием процесс программирования ATtiny85, и используется в скетче "Hello, world" для ATtiny85, который по традиции просто мигает светодиодом.

[Программирование в среде Arduino]

Здесь приведено описание процесса программирования ATtiny45/85 в Arduino IDE с помощью Tiny AVR Programmer. Если Вы новичок и ничего не знаете про Arduino IDE, то сначала установите эту среду разработки (см. [2]). Также полезно ознакомиться с общим описанием среды Arduino [3, 4].

1. Загрузите ATtiny Addon.

Чтобы добавить ATtiny к стандартному меню Board среды разработки Arduino IDE, нужно добавить несколько файлов в её каталог для определения новой аппаратуры. Определение аппаратуры ATtiny хранятся в репозитории на GitHub [5] или можно просто использовать ссылки ниже. Обратите внимание, что для разных версий Arduino IDE и используются разные версии дополнений:

• ATtiny for Arduino 1.0.x
• ATtiny for Arduino 1.6.x

Распакуйте содержимое архива в пустую папку на диске, и запомните путь до неё.

2. Переместите папку attiny.

Папка attiny находится в загруженном на шаге 1 архиве attiny-ide-1.x.x.zip. Эту папку нужно скопировать и вставить в папку hardware, находящуюся в директории Arduino Sketchbook.

Если Вы не уверены, что можете найти путь до Arduino sketchbook, откройте среду Arduino и выберите пункт меню File -> Preferences. Место Sketchbook должна показывать верхняя запись диалога Preferences. По умолчанию sketchbook обычно находится в домашней директории документов пользователя компьютера (home folder, например в папке C:\Users\userName\Arduino на операционной системе Windows, или в папке /Users/userName/Documents/Arduino операционной системы Mac).

Если в Sketchbook нет папки hardware, то создайте её. После этого в папку hardware поместите папку attiny из zip-архива вместе со всем её содержимым, в результате получится примерно следующее (userName здесь имя пользователя компьютера):

3. Сконфигурируйте Arduino IDE.

Запустите среду Arduino. Если она уже была запущена на предыдущем шаге, то закройте её и запустите заново.

В меню Tools -> Board, Вы должны увидеть результаты добавления папки attiny на шаге 2. Здесь должно появиться 12 новых записей, которые позволяют программировать ATtiny45, ATtiny85, ATtiny44 и ATtiny84. Есть возможность выбрать для каждого из этих микроконтроллеров одну из тактовых частот - внутренний RC-генератор 1 МГц или 8 МГц, или работа от внешнего кварца на 20 МГц.

Если Вы используете совершенно новый, только что купленный ATtiny85 (у которого еще не были перепрограммированы фьюзы), то выберите вариант ATtiny85 (internal 1 MHz clock). Будьте внимательны - если в этой ситуации Вы случайно выберете опцию с тактовой частотой 8 МГц, то скетч будет работать в 8 раз медленнее. Ошибочный выбор опции 20 МГц может превратить микроконтроллер в "кирпич", восстановить который может только специальное средство [6], или специальный высоковольтный программатор. Не выбирайте вариант 20 МГц, если не подключен источник внешнего тактирования!

В отличие от других плат Arduino (которые для программирования обычно используют Arduino-загрузчик) при программировании с помощью Tiny AVR Programmer не следует выбирать Serial Port для программирования. Вместо этого выберите программатор, для этого в меню Tools -> Programmer выберите USBtinyISP.

4. Установите в сокет микроконтроллер ATtiny.

Все готово к запуску тестового мигания светодиодом. Когда будете устанавливать микроконтроллер ATtiny45 или ATtiny85 в сокет, будьте внимательны к полярности, не установите корпус наоборот (установить нужно по маркеру 1 ножки, как показано на рисунке ниже).

5. Загрузите код скетча в микроконтроллер.

Настало время попробовать в работе скетч Blink. Плата Tiny AVR Programmer имеет на борту светодиод LED, подключенный к программируемому микроконтроллеру ATtiny85. Это порт PB0/MOSI, вывод 5 корпуса DIP8, соответствующий цифровому порту 0 (pin 0) в рабочем окружении Arduino. Скопируйте и вставьте в окно редактора кода Arduino IDE следующий текст:

int blinkPin = 0;

void setup()
{
   pinMode(blinkPin, OUTPUT);
}

void loop()
{
   digitalWrite(blinkPin, HIGH);
   delay(500);
   digitalWrite(blinkPin, LOW);
   delay(500);
}

Затем кликните Upload, точно так же, как Вы это делаете с обычной платой Arduino. Код будет скомпилирован и затем быстро загружен в память ATtiny85, установленного в сокет.

Если все прошло успешно, то желтый светодиод LED на плате программатора начнет мигать с частотой 1 Гц.

[Советы по использованию ATtiny85]

Программирование ATtiny85 имеет некоторые особенности, которые мы рассмотрим в контексте использования Arduino IDE и Tiny AVR Programmer.

Назначение выводов микроконтроллера. Точно так же, как и с любой другой платой Arduino, каждой ножке I/O микроконтроллера ATtiny85 назначен цифровой идентификатор (номер цифрового порта), используемый при программировании в среде Arduino IDE. Эти выводы микроконтроллера и соответствующие им номера цифровых портов Arduino помечены шелкографией на плате программатора Tiny AVR Programmer, но можно также как справочник использовать картинку ниже.

Каждый из выводов I/O ATtiny85 может вводит и выводить цифровые уровни (лог. 0 и лог. 1). Кроме этого, некоторые выводы могут выполнять специальные функции.

Аналоговый ввод и вывод. ATtiny85 имеет 2 аналоговых выхода (analog output) и 3 аналоговых входа (analog input). Используйте их так же, как делаете это с любой другой платой Arduino. Для этой цели используют специальные библиотечные функции Arduino. Функция analogWrite([pin], [0-255]) генерирует аналоговый вывод с помощью вывода ШИМ (PWM output), что доступно на цифровых портах 0 и 1. Например:

int pwmPin = 0;

pinMode(pwmPin, OUTPUT);

for (int i=0; i < 256; i+=5)
{
   analogWrite(pwmPin, i);
   delay(5);
}

Функция analogRead([pin]) может использоваться для аналогового чтения уровня напряжения между 0V и 5V, и перевода его в 10-разрядное числовое представление напряжения (функция аналогового ввода, analog input). Цифровые порты 2, 3 и 4 могут выполнять эту функцию, однако когда они используются таким образом, к ним следует обращаться по именам A1, A3 или A2 соответственно. Например:

int pwmPin = 0;

int analogInPin = A1;

pinMode(pwmPin, OUTPUT);
pinMode(analogInPin, INPUT);

// Чтение аналогового напряжения на цифровом порте 2 (A1):

int analogIn = analogRead(analogInPin);

// Аналоговый вывод на светодиод LED (управление его яркостью):

analogWrite(pwmPin, analogIn / 4);

Примечание для продвинутых пользователей: можно напрямую (без библиотек Arduino) модифицировать регистры таймеров/счетчиков ATtiny85, чтобы увеличить количество каналов ШИМ (PWM), таким способом можно получить до 4 аналоговых каналов вывода (см. руководство [7]). Однако имейте в виду, что если Вы будете использовать код из примера [7] вместе с кодом на основе библиотек Arduino, которые используют таймеры, то программа может вести себя непредсказуемо.

Если Вы захотите сбросить память микроконтроллера ATtiny85, то просто используйте команду очистки программатора Tiny AVR или Pocket AVR Programmer. Выгрузка кода из Arduino IDE для этого недостаточна. Ниже показан пример командной строки утилиты AVRDUDE для настройки бит фьюзов ATtiny85, используемого на плате LilyTwinkle:

avrdude -p t85 -c usbtiny -b 19200 -v -e -U lfuse:w:0xe2:m -U hfuse:w:0xdf:m -U efuse:w:0xff:m

После сброса чипа Вы можете перейти к выгрузке кода в чип с помощью Arduino IDE, как это было описано выше.

Интерфейса UART нет, но есть SPI и I2C. Как Вы возможно заметили, с списке специальных функций выводов ATtiny85 нет RX или TX порта UART. Это потому, что у ATtiny85 нет встроенного аппаратного UART. Если Вы попытаетесь скомпилировать код Arduino, где есть вызовы Serial.begin(9600) или Serial.print(), то получите ошибку.

Таким образом, Вы лишаетесь самого удобного инструмента отладки программ Arduino. Нельзя выводить текстовые сообщения в окно Serial Monitor. Однако у ATtiny85 есть аппаратные порты I2C и SPI, которые обычно используют для подключения различных датчиков. К сожалению, в составе библиотек Arduino нет кода с поддержкой этих интерфейсов для ATtiny85, но есть другие доступные библиотеки, которые можно найти в Интернет и использовать в среде Adruino. USIi2c это библиотека Arduino, которая позволяет использовать I2C на ATtiny85.

Есть и другие библиотеки, предназначенные специально для ATtiny85, например Servo8Bit, предназначенной для управления сервомашинками моделей.

Макетирование на Tiny AVR Programmer. С помощью удобных коннекторов "мама", предназначенных для макетирования, на плате Tiny AVR Programmer можно подключать к программируемому микроконтроллеру ATtinyX5 внешние устройства и электронные компоненты. Самый простой способ - использовать плату breadboard, подключив её перемычками из проводов к коннекторам, расположенных по сторонам сокета Tiny AVR Programmer.

Для других проектов можно переставлять программируемый чип ATtiny85 из сокета программатора в сокет программируемого устройства, где ATtiny85 используется, или можно напрямую соединить ISP-сигналы программатора Tiny AVR Programmer с ISP-коннектором программируемого устройства.

[Если хотите сами собрать такой программатор]

Чтобы проще найти нужные детали, и плату можно было легче собрать в домашних условиях, я немного переделал разводку под SMD компоненты 0805, и заменил SMD-разъемы на обычные разъемы со штыревыми контактами. Кварц теперь можно поставить как SMD, так и обычный, со штыревыми выводами. Также был дополнительно добавлен фильтрующий конденсатор по питанию программируемого чипа (C5), в остальном ничего не поменялось.

Список необходимых деталей:

Если Вы находитесь не в Москве, я могу выслать Вам пустую печатную плату, либо пустую плату и запрограммированный микроконтроллер:

PCB = 100 рублей (+ почтовые расходы 150 рублей, итого 250 рублей)
PCB + ATtiny84 = 200 рублей (+ почтовые расходы 150 рублей, итого 350 рублей)

[Ссылки]

1. Tiny AVR Programmer Hookup Guide site:sparkfun.com.
2. Installing Arduino IDE site:sparkfun.com.
3. What is an Arduino? site:sparkfun.com.
4. Arduino: что там внутри? (FAQ).
5. Add Atmel AVR ATtiny family of microcontroller to the Arduino IDE site:github.com.
6. Atmega fusebit doctor.
7. Four PWM Outputs from the ATtiny85 site:technoblogy.com.
8. 181212Tiny-AVR-Programmer.zip - схема, программа, документация.