利用Arduino Nano 对于另外的Arduino控制板下载Bootloader

Posted 2021-06-14 卓晴

简 介： 测试了利用Nano板对于基于MEGA328的Arduino的Bootloader下载，在此基础之上，利用了FT232TL的USB-TTL UART模块对测试MEGA328下载执行程序。

关键词： Arduino，Nano，ISP

 

§01 Arduino 下载Bootloader

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  根据 如何用Arduino Nano给另外一个Arduino Nano烧录bootloader 中介绍，利用Arduino Nano小板作为AVRISP 对于其它电路板下载对应的Bootloader。

  测试所使用的Arduino的IDE按照 Arduino软件开发环境搭建 下载安装的1.8.15版本的IDE。

^{▲ 图1-1 Arduino IDE的版本}

1、下载步骤

（1）第一步：下载ISP程序

  将Arduino中的示例程序Arduino ISP下载到Arduino Nano的开发板中。这个Nano模块可以用作AVR-ISP对于其它开发板下载Bootloader了。

^{▲ 图1-2 示例程序中的ISP程序}

  按照 通过CH340G驱动的Nano ATMEAG328P驱动板初步测试 中的方法，将上述Arduino ISP 程序烧录到Arduino Nano开发板。此时该开发板变成了一个AVRISP烧录器。

（2）连接待烧录Nano

  根据程序中给出的信息。Nano使用PIN10作为RESET控制端口。因此将ICSP端口的6条引线中，除了RESET之外的其它5条引线分别与待下载程序的开发板ICSP相连。 将PIN10与待下载板的ICSP的RESET引线相连。

// Pin 10 is used to reset the target microcontroller.
//
// By default, the hardware SPI pins MISO, MOSI and SCK are used to communicate
// with the target. On all Arduinos, these pins can be found
// on the ICSP/SPI header:
//
//               MISO °. . 5V (!) Avoid this pin on Due, Zero...
//               SCK   . . MOSI
//                     . . GND

  下图显示了下载引线的连接关系。

^{▲ 图1-3 使用Arduino Nano为ISP对Arduino下载Bootloader硬件连接}

  下图显示了利用Arduino Nano对另外Nano下载Bootloader实际连接关系。

^{▲ 图1-4 使用Arduino Nano对另外Nano下载Bootloader实际连接关系}

（3）下载Bootloader

  首先选择编程器为：Arduino as ISP。然后使用 烧录引导程序 命令完成Bootloader程序下载。

^{▲ 图1-5 利用Arduino IDE 烧录引导程序}

在下载之前，需要在工具 中的开发板 选择希望下载之后电路板对应的型号。比如选择Arduino Nano那么下载之后，则之能使用Arduino Nano完成将来程序下载。 选择 Arduino UNO 则可以利用Arduino UNO完成后面的开发下载。

2、下载结果测试

  下载完毕之后，使用Arduino IDE对于Nano重新测试，可以看到它可以完成正常的Bootloader下载。

  现在剩下一个问题：下载Bootloader，是否适合所有的开发板？比如Nano，Uno？

 

§02 制作MEGA328测试板

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  下面利用 一分钟制版法 制作MEGA328测试小板，测试上述下载Bootloader过程以及通过 USB转TTL的FT232模块 下载Arduino执行程序。

在 The ATMEGA328P Subsystem Official Schematic 给出了官方的ATMEGA328P子系统电路图设计电路。

^{▲ Arduino 子系统的参考电路图}

1、设计电路¹

  根据 通过CH340G驱动的Nano ATMEAG328P驱动板初步测试 中给出的Nano原理图，设计测试MEGA328的原理图，如下图所示：

^{▲ 图2-1 测试MEGA328的原理图}

（1）端口定义

• ISP端口的定义为：

</span

【表2-1 测试电路板上的ISP端口定义】

PIN1	PIN2	PIN3	PIN4	PIN5
MOSI	MISO	SCK	RST	GND

• 测试PIO端口定义：

【表2-2 测试电路板上PIO端口定义】

PIN1	PIN2	PIN3	PIN4	PIN5	PIN6	PIN7	PIN8	PIN9	PIN10	PIN11	PIN12
+5V	GND	RXD	TXD	RST	D2	D3	D4	D5	D6	A0	A1

（2）焊接测试电路板

  使用快速做板，制作了测试MEGA328 PCB板，经过焊接之后形成测试电路板。

^{▲ 图2-2 焊接完成的测试MEGA328}

2、下载Bootloader

（1）Nano与MEGA328ISP连接关系

  根据前面测试ISP连接关系以及【表2-1】中对于测试电路板ISP端口的定义，确定Nano与测试MEGA328连接关系。

^{▲ 图2-3 连接Nano-ISP 到测试MEGA328小板}

  下表给出了Nano-ICSP与测试MEGA328的ISP端口的关系。

【表2-3 Nano ICSP 与MEGA328的ISP端口连接关系】

端口	PIN1	PIN2	PIN3	PIN4	PIN5
MEGA	MOSI	MISO	SCK	RST	GND
NANO	PIN4	PIN1	PIN3	D10	PIN6

（2）搭建下载电路

  在面包板上搭建下载测试电路。

^{▲ 图2-4 在面包板上连接Nano-ICSP与MEGA328的ISP}

（3）下载Bootloader

  利用Arduino IDE中的工具烧录引导程序下载Bootloader。

  在第一次下载的时候，发现初夏如下错误：

^{▲ 图2-5 下载出现错误}

  经过检查，是测试版上的RESET引线中间由于快速制版过程中腐蚀过度，引起断裂。使用短接线将RST线联通之后，便可以烧录成功了。这也说明，下载BOOTLOADER的接口中必须包括有RST引线。

  下载Bootloader之后，MEGA328的工作电流便从原来的3.8mA上升到12.2mA。利用示波器测量晶体两端，可以测试到晶体16MHz的震荡波形。

^{▲ 图2-6 MEGA328的OSC1的波形}

3、测试下载程序

  测试下载所使用的USB-UART转接板是从 USB转TTL 支持3.3V 5V FT232RL模块 下载线 mini接口-淘宝网 购买到的，它的外形与接口定义如下：

^{▲ 图2-7 UAB-TTL UART 转接板管脚功能定义}

  FT232TL的PIN6的端口定义为：

【表2-4 FT232TL端口功能定义】

PIN1	PIN2	PIN3	PIN4	PIN5	PIN6
GND	CTS	VCC	TX	RX	DTR

• FT232RL 驱动下载链接 ：http://pan.baidu.com/s/1c0COdNy

（1）连接UART模块与MEGA328

  将UART-TTL模块的RX，TX分别与MEGA328的TX，RX相连。利用Arduino IDE下载程序。

   Arduino IDE 下载条件：

开发板：Arduino Nano
处理器：ATMega328(Old Bootloader)

^{▲ 图2-8 面包板上搭建的下载连接线图}

（2）下载结果

  第一次上载程序是成功的。但是后面上载就不成功了。

  将DTR通过一个0.1uF的电容连接到 MEGA328RST上，便可以继续成功上载程序了。为什么需要通过0.1uF连接MEGA328的RST呢？这是因为DTR在静态的时候，始终为底电平，所以它需要通过电容来触发RST。

^{▲ 图2-9下载程序的动态过程}

（3）制作下载线

^{▲ 图2-10 设计从UART-TTL模块到ISP -PIN5 之间的连接关系}

【表2-5 转接连接线的功能定义】

端口	PIN1	PIN2	PIN3	PIN4	PIN5
ISP端口	VCC	GND	RXD	TXD	RST
FT232端口	VCC	GND	TXD	RXD	DTR

  为了实现DTR与RST之间是通过0.1uF的电容连接，因此在连接线的RST与DTR中间串联了一个0.1uF的瓷片电容。

^{▲ 图2-11 接口中设置104uF}

根据 Arduino UNO Rev3 设计，可以看到对于ATMEGA328的RESET是有电容C5,上拉电阻RN10，二极管D2。

^{▲ -2-12 Arduino UNO上的编程接口}

 

※ 测试结论 ※

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  测试了利用Nano板对于基于MEGA328的Arduino的Bootloader下载，在此基础之上，利用了FT232TL的USB-TTL UART模块对测试MEGA328下载执行程序。

 

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  ■ 相关文献链接:

• 如何用Arduino Nano给另外一个Arduino Nano烧录bootloader
• Arduino软件开发环境搭建
• 通过CH340G驱动的Nano ATMEAG328P驱动板初步测试
• 一分钟制版法
• USB转TTL的FT232模块
• USB转TTL 支持3.3V 5V FT232RL模块 下载线 mini接口-淘宝网
• Arduino UNO Rev3

  ○ 相关图表链接:

• 图1-1 Arduino IDE的版本
• 图1-2 示例程序中的ISP程序
• 图1-3 使用Arduino Nano为ISP对Arduino下载Bootloader硬件连接
• 图1-4 使用Arduino Nano对另外Nano下载Bootloader实际连接关系
• 图1-5 利用Arduino IDE 烧录引导程序
• 图2-1 测试MEGA328的原理图
• 表2-1 测试电路板上的ISP端口定义
• 表2-2 测试电路板上PIO端口定义
• 图2-2 焊接完成的测试MEGA328
• 图2-3 连接Nano-ISP 到测试MEGA328小板
• 表2-3 Nano ICSP 与MEGA328的ISP端口连接关系
• 图2-4 在面包板上连接Nano-ICSP与MEGA328的ISP
• 图2-5 下载出现错误
• 图2-6 MEGA328的OSC1的波形
• 图2-7 UAB-TTL UART 转接板管脚功能定义
• 表2-4 FT232TL端口功能定义
• 图2-8 面包板上搭建的下载连接线图
• 图2-9下载程序的动态过程
• 图2-10 设计从UART-TTL模块到ISP -PIN5 之间的连接关系
• 表2-5 转接连接线的功能定义

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1. 测试MEGA328的工程文件:AD\\Test\\2021\\ZYK\\Test328Nano.SchDoc ↩︎