Metaboard na Protoboard, Passo a Passo

Já mencionei antes (aqui, aqui e aqui) a Metaboard, uma variante bem simples do Arduino mas que permite a carga de programas pela IDE do Arduino, de forma parecida com as placas oficiais. Vamos ver aqui, passo a passo, como montar uma Metaboard em uma protoboard. Será uma montagem mais enxuta do que a que eu fiz anteriormente. O guia assume que você está usando Windows.

Lista de Material

• Uma protoboard. Embora dê para apertar em uma protoboard pequena, recomendo usar uma de tamanho médio (400 pontos ou mais) para facilitar a montagem. Atenção que algumas protoboards tem as linhas horizontais das beiradas interrompidas no meio.
• Fios para conexão na protoboard. Você pode desfazer um trecho de cabo de rede para obter fios rígidos com bitola adequada.
• Um Arduino Uno. Será usado apenas para gravar o bootloader no ATmega. Outros modelos de Arduino ou outros programadores de AVR podem ser usados para isto, mas o procedimento será diferente.
• Um capacitor eletrolítico de 10uF por 10V (ou mais). Também será usando somente na gravação do bootloader. 
• Um microcontrolador ATmega328P-PU. O modelo ATmega328-PU pode ser usado, mas requer mudança na configuração da IDE e do avrdude.
• Um resistor de 10K. Este valor não é crítico, qualquer resistor entre 10K e 33K funcionará bem.
• Um resistor de 1K. Você pode usar um valor menor (até 220 ohms).
• Um cristal de 16MHz
• Dois capacitores cerâmicos de 22pF. A especificação do ATmega fala em capacitores de 12pF a 22pF.
• Dois diodos zenner de 3.6V, 0,5 watt
• Dois resistores de 68R
• Um resistor de 1M
• Um resistor  de 1K5
• Um LED. Em princípio pode ser qualquer LED, mas recomendo usar um LED vermelho ou verde de 3 ou 5 mm.
• Um botão de contato momentâneo.
• Uma chave de duas posições. Você pode usar um fio ao invés desta chave.
• Um cabo USB com conector USB tipo A em uma ponta e fios expostos na outra. O mais fácil é pegar este cabo em um mouse ou teclado velho. Para facilitar a montagem, solde os fios em um conector macho do tipo "espeto".
• Um multímetro para identificar os fios do cabo USB.
• IDE do Arduino (eu usei a v1.5, mas deve funcionar com qualquer versão a partir da 1.0)
• Bootloader e arquivos de configuração: baixe o arquivo "Metaboard PaP.zip"  dos arquivos do blog. 
• Drivers para Windows: baixe os drivers do USBasp daqui.

Passo 1 - Preparação da IDE do Arduino

Verifique em qual diretório do seu micro está instalada a IDE do Arduino. Vou assumir aqui que está em C:\Arduino, substitua pelo diretório apropriado nas etapas abaixo.

• Expanda o arquivo "Metaboard PaP.zip" no diretório C:\Arduino\hardware\arduino
• Execute o arquivo batch C:\Arduino\hardware\arduino\prepmeta.bat
• Abra a IDE do Arduino e confira que a opção Metaboard aparece no menu Tool Board.

Passo 2 - Preparação do Arduino para Gravação do Bootloader

Conecte o Arduino Uno a um PC e abra a IDE do Arduino. Confira em Tools Board que Arduino Uno está selecionado. Confira a porta de comunicação em Tools Serial Port.

Abra File Examples ArduinoISP e clique em Upload. Aguarde o término da carga e confira que não ocorreu erros. Se apareceu algum erro, verifique a conexão do PC ao Arduino se a porta correta está selecionada.

Desconecte o Arduino do PC e coloque o capacitor de 10uF entre o pino de Reset e o pino GND, tomando o cuidado de colocar no GND a perna do capacitor marcada como '-'.

Passo 3 - Montagem para Gravação do Bootloader

A primeira parte desta montagem faz parte da montagem final:

• Coloque o ATmega na protoboard, orientando a marca rebaixada para a esquerda.
• Coloque o cristal entre os pinos 9 e 10 do ATmega. Uma marquinha indica o pino 1, a contagem segue da esquerda para a direita pelo lado inferior até o pino 14 e continua no lado de cima da direita para a esquerda. O cristal não tem polaridade.
• Coloque um capacitor de 22pF entre o pino 9 e o pino 8 do ATmega. Este capacitor não tem polaridade.
• Coloque o outro capacitor de 22pF entre o pino 10 e o pino 8 do ATmega.

A segunda parte desta montagem é a interconexão ao Arduino. Após a gravação esta montagem deve ser desfeita:

• Ligue o pino 1 do ATmega ao pino Digital 10 do Arduino
• Ligue o pino 7 do ATmega ao pino +5V do Arduino
• Ligue o pino 8 do ATmega ao pino GND do Arduino
• Ligue o pino 17 do ATmega ao pino Digital 11 do Arduino 
• Ligue o pino 18 do ATmega ao pino Digital 12 do Arduino  
• Ligue o pino 19 do ATmega ao pino Digital 13 do Arduino 

Passo 4 - Gravação do Bootloader

Reconecte o Arduino ao PC. Selecione "Metaboard" em Tools Board. Selecione "Arduino as ISP" em Tools Programmer. Selecione Tools Burn Bootloader.

Aguarde.

Quando aparecer "Done burning bootloader", desconecte o Arduino do PC.

Em caso de erro confira os passos anteriores.

Passo 5 - Identificação dos fios do cabo USB

As figuras abaixo mostram a disposição dos sinais no conector USB e as cores usuais. Para evitar surpresas, confira com um multímetro qual fio corresponde a qual sinal.

Passo 6 - Témino da Montagem da Metaboard

Não se esqueça de desconectar o Arduino da protoboard antes de executar as etapas abaixo:

• Conecta o cabo USB à protoboard, mas não conecte ainda ao PC
• Ligue os sinais de alimentação da USB (GND e VBus) às barras horizontais de alimentação na protoboard
• Ao pino 1 do ATmega devem ser ligados:
• Resistor de 10K para o positivo da alimentação
• Botão de contato momentâneo para terra
• Ao pino 4 do ATmega deve ser ligado um resistor de 68R. Na outra ponta deste resistor devem ser ligados:
• Resistor de 1M para o negativo da alimentação (GND)
• A perna marcada com uma faixa do Zener de 3,6V. A outra perna do Zener deve ir para o terra.
• O fio D+ do cabo USB
• Ao pino 6 do ATmega deve ser ligado um resistor de 68R. Na outra ponta deste resistor devem ser ligados:
• Resistor de 1K5 para o positivo da alimentação
• A perna marcada com uma faixa do Zener de 3,6V. A outra perna do Zener deve ir para o terra.
• O fio D- do cabo USB
• O pino 7 do ATmega deve ser ligado ao positivo da alimentação
• O pino 8 do ATmega deve ser ligado ao negativo da alimentação
•  No pino 13 deve ser ligada a chave de duas posições. O outro terminal da chave deve ser ligado ao negativo da alimentação.
• O pino 19 deve ser ligado a um resistor de 1K. A outra ponta deve ser ligada ao positivo do LED (perna mais comprida). O negativo do LED deve ser ligado ao negativo da alimentação.
• O pino 20 do ATmega deve ser ligado ao positivo da alimentação
• O pino 22 do ATmega deve ser ligado ao negativo da alimentação

As figuras abaixo mostram o circuito montado:

Passo 7 -Teste Final

Se você não fez isto ainda, expanda o ZIP com os drivers do USBASP em um diretório de trabalho.

Coloque a chave na posição "fechada", conecte o cabo USB ao PC e aperte o botão de contato momentâneo (Reset). Se tudo correr bem, o Windows irá reconhecer um novo dispositivo e solicitar o driver. Indique o diretório onde você expandiu os drivers.

 Na IDE do Arduino (onde ainda deve estar selecionada a placa Metaboard), abra o exemplo Blink e mande fazer o upload. Em poucos instantes o LED estará piscando alegremente.

Lembretes Finais

Para a carga de programas na Metaboard é preciso ativar o bootloader, o que é feito fechando a chave e dando o reset manual através do botão. Para que o botão de reset reinicie o seu sketch, basta abrir a chave.

A comunicação USB funciona somente dentro do bootloader. As funções Serial do Arduino continuarão usando os pinos da UART (pinos 2 e 3) que estão abertos na nossa montagem.